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8.- Materiales compuestos.

Caso práctico

Salida del Gran Premio de Canadá de 2008 de Fórmula 1.

Leire y el resto del grupo han abandonado la biblioteca y se han acomodado en la terraza de una cafetería donde sirven deliciosos cafés. En la cafetería la televisión está encendido, y en ese momento están emitiendo una carrera de Fórmula 1...

- Ahora que veo los F1, hace unos días leí un artículo que decía que alrededor del 90% de estos aparatos está fabricado con algún tipo de material compuesto. - comenta Ander.

- Sí, así es, la mayoría son fibra de carbono reforzado con resina, este material compuesto es muy ligero y muy resistente a la fatiga y al impacto; muchos accidentes de F1 en los que el coche parece completamente destruido, el habitáculo (de este material) permanece íntegro salvando al piloto. - le responde Xabi. Y aunque su uso empezó a fraguarse en los F1 hoy en día se emplea también en la fabricación de los automóviles convencionales.

Se denomina material compuesto a todo material combinado a partir de una unión (no química) de dos o más componentes que da lugar a una combinación de propiedades específicas que no es posible de obtener en los materiales originales.

A menudo la tecnología actual exige materiales con elevados requerimientos, como por ejemplo, materiales con propiedades mecánicas y térmicas elevadas y densidades mínimas, o materiales de elevada dureza y también elevada tenacidad; en estos casos, se recurre a los materiales compuestos, denominándose como tal los materiales formados por dos o más componentes que manteniendo su identidad bien diferenciada a nivel microscópico, dan lugar a un material macroscópicamente homogéneo.

En cualquier material compuesto se diferencian la matriz (o fase matriz), que es el elemento más abundante y cuyas propiedades hay que potenciar, y el refuerzo (agente reforzante), siendo éste el elemento que está en menor proporción y el que potencia.

Las características que definen a los materiales compuestos son:

  • Deben estar formados por dos (o más) materiales distintos y separables mecánicamente. Los componentes de un material compuesto no deben disolverse ni fusionarse completamente unos con otros.
  • Deben poder fabricarse por medio de la mezcla de aquellos, de manera que la dispersión de uno en otro se pueda efectuar de manera controlada.
  • Deben dar lugar a una combinación de propiedades que sea superior a las de sus componentes por separado (efecto sinérgico).

La selección de una u otra matriz depende de los requerimientos de la aplicación, diferenciándose en función del tipo de matriz, diferentes tipos de materiales compuestos:

  • Compuestos de matriz polimérica. Se combinan (como refuerzo) con fibras de vidrio, de carbono...y son los de mayor importancia tecnológica.
  • Compuestos de matriz metálica. Aluminio y partículas de SiC, titanio con SiC,...asimismo, los materiales para corte de metales son compuestos de matriz metálica con refuerzos cerámicos.
  • Compuestos de matriz cerámica.

Existe otra clasificación de materiales compuestos en función de la naturaleza de la microestructura del refuerzo, así, se diferencian:

  • Compuestos reforzados con partículas.
  • Compuestos reforzados con fibras.
  • Compuestos estructurales.

El campo de aplicación de estos materiales es amplísimo, con materiales compuestos podemos producir materiales ligeros, fuertes, dúctiles, resistentes a altas temperaturas, o bien, podemos producir herramientas de corte duras y a la vez resistentes al impacto, que de otra manera se harían añicos, etc. Los vehículos aéreos y aeroespaciales modernos por ejemplo, dependen de manera importante de materiales compuestos como los polímeros reforzados de fibra de carbono.

Otros ejemplos de materiales compuestos sintéticos son el hormigón (grava, arena y cemento), el hormigón armado (hormigón con refuerzos estructurales metálicos), la madera contrachapada, la fibra de vidrio (plástico reforzado con vidrio), etc. Los analizarás en el apartado que sigue.

Reflexiona

El concepto de material compuesto es tan antiguo como la naturaleza misma, ya que ejemplo claros de materiales compuestos están presentes en ella.