Materiales compuestos(
Composite materials ).
Felipe Palou Larrañaga
Breve introducción:
En general, cuando no se especifica, se entiende por
composite a aquel material compuesto formado por fibras rectas y
largas situadas en el interior de una matriz que mantiene a las
fibras unidas y distribuye los esfuerzos. Las fibras soportan la
mayor parte de las cargas mientras que la matriz se
responsabiliza de la tolerancia al daño (golpes) y del
comportamiento a fatiga . Una fibra es una multitud de fibras .
Por lo tanto , lo que se ve a simple vista se llama bundle o yarn
. Un bundle puede tener desde 3 103 a 12 103 fibras . Las fibras
ofrecen sus mejores propiedades cuando trabajan en la dirección
de la fibra , es decir ,que en un caso ideal deberían alinearse
las direcciones de las fibras con la dirección de la fuerza
exterior.
Las fibras se sitúan en capas o láminas superpuestas en la
dirección del espesor obteniendo estructuras que se llaman
laminados. Las láminas nunca se superponen con la misma
orientación. Se deberá estudiar a fondo la secuencia de
apilación y orientación adecuada para cada caso. La secuencia
de apilación y orientación tiene más importancia incluso que
las características físicas de las fibras y la matriz y es
quien va a dar la propiedades finales al laminado. Usando las
mismas fibras y matriz y variando secuencia de apilado y
orientación se pueden conseguir infinitos comportamientos.
Jugando con estos parámetros se pueden conseguir comportamientos
radicalmente diferentes en resistencia , rigidez , tolerancia al
daño , estabilidad dimensional o delaminación.
En el cálculo correcto de piezas de materiales compuestos, la
geometría y el material ( fibras , matriz , secuencia de apilado
y angulación) deben diseñarse a la vez interactivamente.
Obviamente el cálculo es mucho más complicado que para
materiales clásicos. Se deberá conocer a fondo el
comportamiento ortótropo de los materiales compuestos para poder
sacarles todo su rendimiento. Las fibras se pueden obtener como
fibras secas o como preimpregnados (prepeg ) . La fabricación
con preimpregnados es la que mejores calidades ofrece. A pesar de
que para su almacenamiento son necesarias temperaturas muy bajas
y los ciclos de procesado son a alta temperatura y presión, es
la forma más sencilla de fabricación de materiales compuestos.
En general , la desventaja más clara de los materiales
compuestos es el precio. Las características de los materiales y
de los procesos encarecen mucho el producto. Para ciertas
aplicaciones las buenísimas mecánicas como la alta rigidez
específica( E/r) , la buena estabilidad dimensional , la
tolerancia a alta temperaturas ,la resistencia a la corrosión ,
la ligereza o una mayor resistencia a la fatiga que los
materiales clásicos compensan el alto precio.
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