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8.1.- Tipos de materiales compuestos.

Entre los diferentes tipos de materiales compuestos, se analizan aquí:

  • Materiales compuestos reforzados con partículas. Estos materiales se clasifican a su vez en materiales reforzados con partículas grandes y los consolidados por dispersión. Las partículas pueden tener una gran variedad de geometría pero suelen tener aproximadamente las mismas dimensiones en todas las direcciones lo cual es la gran diferencia con las fibras.
Material granulado, con partículas de 6-10 mm, para fabricación de hormigón.

El material compuesto reforzado con partículas más común es el hormigón, partículas de arena o grava en una matriz cerámica compuesta por silicatos y aluminatos hidratados. El reforzamiento es más efectivo cuanto menor tamaño tienen las partículas y más homogéneamente distribuidas están en la matriz, y las propiedades mecánicas mejoran con el contenido en partículas. Algunos materiales poliméricos a los que se les ha añadido un aditivo de relleno se comportan como materiales compuestos reforzados con partículas grandes.

Todos los materiales (metales, polímeros y cerámicas) se utilizan para fabricar este tipo de materiales. Tal y como se ha comentado en el apartado correspondiente, los cermets son compuestos metal-cerámica. En el caso de los polímeros, los materiales compuestos más comunes son los reforzados con negro de humo. La adición de este material (muy barato) al caucho vulcanizado aumenta la tenacidad y las resistencias a la tracción, torsión y desgaste. Los neumáticos de los vehículos por ejemplo, contienen entre un 15 al 30 % en volumen de negro de humo.

  • Materiales compuestos reforzados con fibras. Consiste en incorporar fibras resistentes y rígidas, aunque frágiles, en una matriz más blanda y dúctil. Son los materiales compuestos más conocidos por ser los que mejores prestaciones mecánicas presentan, prestaciones que mejoran cuanto menor sea el diámetro de las fibras, aunque, a menor diámetro son, no sólo más caras, sino que pueden resultan nocivas para la salud si en el mecanizado se liberan en forma de partículas en suspensión.
Las matrices poliméricas para estos materiales suelen ser resinas epóxicas o de poliester, las primeras son las más empleadas por su mayor resistencia, su mejor adherencia a las fibras, y porque pueden utilizarse a temperaturas más altas. Son las que se emplean como matriz en los compuestos reforzados con fibra de carbono o de poliaramida.
Las fibras más comunes suelen ser:
Imagen de manojo de fibras de vidrio.
Filamento de carbono de 6 μm de diámetro, comparado con un cabello humano.
    • fibras de vidrio: se combinan con matrices de resinas de poliester. Con muy buena relación resistencia/precio, son muy utilizadas en el reforzamiento de plásticos en general, para carrocerías de automóviles y barcos, recipientes de almacenaje, etc. Tienen una densidad y propiedades a la tracción comparable a las fibras de carbono y aramida pero menor resistencia y modulo de tensión, aunque pueden sufrir mayor elongación sin romperse.
    • fibras de carbono: las matrices suelen ser resinas epoxi. Son muy útiles para aplicaciones en las que se requieren rigidez, resistencia y ligereza, aunque su elevado coste puede resultar un inconveniente. Son muy empleadas en la industria aeronáutica para disminuir el peso de los aviones.
    • fibras de polímeros: suelen llevar matriz de resinas epoxi. Las fibras de aramida son de las más comunes, son fibras sintéticas termoestables. Son resistentes, muy tenaces y permiten la absorción de energía en impactos sin romperse. Se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, militares y aeronaútica, tejidos para chalecos antibalas, trajes de bomberos, equipos deportivo de alta resistencia y bajo peso (como las tablas de ski), cascos de barcos, etc. su nombre comercial más común es Kevlar.
Imagen de material compuesto tipo sandwich.
  • Materiales compuestos estructurales. Presentan una combinación de materiales compuestos y homogéneos y las propiedades dependen más de la geometría del diseño de los elementos estructurales que de la naturaleza de los materiales constituyentes. Se clasifican a su vez en:
    • laminados: constituidos por apilamiento de láminas paralelas de los diferentes materiales. A diferencia de los reforzados, en éstos, las capas de ambos materiales están solapadas o unidas, pero no mezcladas.
    • de tipo sándwich: constituidos por núcleo y tapas. El núcleo o alma está normalmente constituido por diferentes espumas flexibles o rígidas, resinas, nido de abeja de diferentes materiales, etc., mientras que las tapas o revestimiento suelen ser, generalmente, resinas reforzadas con un tejido de fibra, o fibras celulósicas impregnadas. La característica buscada con este tipo de estructura es la rigidez.

Reflexiona

El primer material compuesto reforzado con fibra que se conoce ya lo utilizaban los egipcios casi cuatro mil años antes de Cristo...

Autoevaluación

Determina si son o no ciertas estas afirmaciones referentes a los materiales compuestos:

Pregunta 1

Un material compuesto está formado por dos o más componentes que difieren en forma y composición química, solubles entre sí.

Pregunta 2

Las propiedades del material compuesto final son siempre superiores a las que tienen los materiales constituyentes por separado.

Pregunta 3

Los materiales compuestos están formados por dos fases; una continua, denominada matriz, y otra dispersa, denominada refuerzo;además, existen otros tipos de componentes como cargas y adictivos.

Pregunta 4

El los compuestos particulados el refuerzo es una fibra, es decir, un material con una relación longitud-diámetro muy alta.

Pregunta 5

Los materiales compuestos de matriz metálica son los más empleados en la actualidad.

Pregunta 6

La madera contrachapada, o los tetrabrik, son ejemplos de materiales estructurales de tipo sandwich.

Para saber más

En este enlace podrás ver diferentes aplicaciones sobre materiales compuestos, y por otro lado un vídeo sobre la realización de una prótesis utilizando estos materiales.