Concepto de Materiales Compuestos
Compuestos son materiales cuya estructura es constituida por una combinación de dos o más productos no solubles entre sí. Uno de sus productos es denominado fase de refuerzo y el otro producto es llamado matriz. Estos dos componentes que constituyen el compuesto van a tener diferentes funciones en lo que se refiere a las características que el compuesto final va a obtener. El componente de la matriz de un compuesto tiene como función la protección del refuerzo contra el medio envolvente, mantener la posición de éste y proteger el compuesto durante la manipulación. El material de refuerzo confirma la resistencia al compuesto. Las propiedades de los compuestos dependen tanto de la naturaleza de los materiales usados como del grado de unión entre ellos a través de la interfaz.
Tipos de Compuestos
Existen diferentes tipos de material que pueden constituir la matriz de los compuestos. Si la matriz fuera constituida por un polímero termoendurecible y/o termoplástico, ésta es denominada matriz polimérica. En el caso de que el material de la matriz sea constituido por una aleación leve de aluminio, aleaciones de magnesio o aleaciones de titanio, la matriz es denominada matriz metálica. Si la matriz del compuesto fuera constituida por carburos y nitruros se denomina matriz cerámica. La matriz de un compuesto puede también ser constituida por otro material, el carbono.
Relativamente al otro componente del compuesto, el material de refuerzo, puede ser un material inorgánico (vidrios y carbonos), orgánico (aramidas y poliaramidas), metálicos (boro, aluminio, etc.) y cerámicos (carburos y nitruros).
Compuestos de Matriz Polimérica
– Fibra de Vidrio
Es el material compuesto producido básicamente a partir de una resina poliéster u otro tipo de resina, siendo ésta la matriz, reforzada con pequeñas partículas de vidrio, es decir, el material de refuerzo y posterior aplicación de una sustancia catalizadora de polimerización.
El material resultante es generalmente resistente, poseyendo excelentes propiedades mecánicas y baja densidad.
Este tipo de material permite producir piezas con gran variedad de formatos y tamaños, tales como cascos y hélices de barcos, fuselajes de aviones, cajas de agua, piscinas, tablas de surf, recipientes de almacenamiento, piezas para numerosos fines industriales en diversas ramas de actividad, carrocerías de automóviles, en la construcción civil y muchas otras aplicaciones.
Existen algunas características que hacen que este material posea una amplia utilidad para el hombre. Es un material extremamente leve, de elevada resistencia mecánica, es incombustible y un buen aislante término y eléctrico.
– Fibras de Carbono
Este compuesto tiene como material de matriz una resina polimérica designada epoxi y como material de refuerzo la fibra de carbono.
Debido a su resistencia mecánica y térmica y también debido a su levedad, este compuesto presenta diversos usos.
Es muy utilizado en accesorios de deporte tales como palos de golf, sticks de hockey, protecciones de rodillas y codos, cascos, esquís, tablas, remos y también es utilizado en la construcción de vehículos, como por ejemplo, en coches, motos, barcos y aeronaves.
– Fibras de Aramida
Este compuesto es constituido por una matriz polimérica de epoxi y por un material de refuerzo, la fibra de aramida.
Se trata de una fibra con elevada resistencia mecánica y muy leve. Es resistente al calor y puede ser hasta siete veces más resistente que el acero, por unidad de peso.
Así, este compuesto se vuelve extremamente útil en la fabricación de artículos de seguridad, como por ejemplo, cinturones de seguridad, cuerdas y chalecos antibalas. Este compuesto también es utilizado en construcciones aeronáuticas, velas de barcos y raquetas de tenis. Son materiales muy usados en objetos que están sujetos a condiciones extremas de fuerza y presión debido a las características que poseen.
Compuestos de Matriz Metálica y Cerámica
Existen otros tipos de compuestos cuyo material de la matriz puede ser de origen metálico o cerámico, sin embargo, el uso de estos compuestos es más reducido comparando con el uso de los compuestos poliméricos. Esto se debe al hecho de ser económicamente más rentable la producción de compuestos poliméricos y, porque las características de estos no difieren mucho de las características de los compuestos cerámicos y metálicos y, por tanto, se opta por utilizar el material con la mejor relación utilidad/precio.
Aunque sean utilizados en reducido número, los compuestos metálicos y cerámicos también están presentes en el día a día.
Los compuestos cerámicos tienen una elevada resistencia al calor donde son capaces de soportar temperaturas de hasta 3000ºC, son químicamente inertes y tienen una mejor resistencia a la erosión, de ahí que sean utilizados en herramientas de corte.
Los compuestos metálicos, a su vez, son materiales con elevada resistencia, a veces incluso superior a algunos compuestos poliméricos y, siendo así, son muy usados en la industria aeronáutica y en la industria de energía.
Las matrices cerámicas pueden ser carburo de silicio, carburo de boro o nitruro de aluminio y el refuerzo puede ser, entre otros, la alúmina.
La matriz metálica más usual es la matriz de aluminio.
