Compuestos de polímero
Flexibilidad de diseño – Los compuestos termoestables ofrecen a los diseñadores una flexibilidad casi ilimitada en el diseño de formas. Se pueden moldear en los componentes más intrincados y se puede hacer una amplia gama de densidades y formulaciones químicas para tener propiedades de rendimiento precisas.
Bajo coste por pulgada cúbica – Cuando se comparan los costes basados en el volumen, los compuestos termoestables tienen costes de material más bajos que los materiales tradicionales como la madera, los termoplásticos de ingeniería y los metales. Además, como los compuestos termoestables tienen un bajo contenido en petróleo, no están sujetos a las fluctuaciones de precios que experimentan los productos derivados del petróleo.
Mejora de la productividad – Los diseñadores e ingenieros industriales pueden reducir los costes de ensamblaje combinando varias piezas previamente ensambladas en un único componente. Además, los insertos pueden moldearse directamente en la pieza durante el proceso de moldeo, eliminando así la necesidad de un proceso posterior. Además, los materiales compuestos no suelen requerir un mecanizado adicional, lo que reduce el trabajo en proceso y el tiempo de comercialización.
Matriz y refuerzo en los materiales compuestos
Hoy vamos a empezar una nueva serie sobre los materiales compuestos de polímeros. Hay muchos tipos de materiales compuestos, como los de polímeros, los de matriz metálica y los de cerámica. Esta serie se centrará en los materiales compuestos fabricados con resinas poliméricas. Los materiales compuestos de polímeros son omnipresentes. Muchos de nosotros no nos damos cuenta de las muchas aplicaciones de los materiales compuestos en el sector aeroespacial, los artículos deportivos, las aplicaciones marinas, la energía eólica, la electrónica, y la lista continúa. En este artículo se ofrece una introducción a la tecnología de los materiales compuestos y en los artículos siguientes se tratarán con más detalle las tecnologías específicas de los materiales compuestos.
Empecemos con una definición de material compuesto. El diccionario online Merriam-Webster define compuesto como: algo que está hecho de diferentes partes. Esta definición es muy amplia, así que vamos a reducirla a lo que son los típicos compuestos de polímeros. Los compuestos poliméricos son mezclas de dos materiales que dan lugar a propiedades sinérgicas.
La imagen siguiente muestra un corte transversal de un compuesto polimérico largo reforzado con fibra de vidrio. Las fibras circulares de la derecha salen del plano y las fibras de la izquierda de la imagen corren dentro del plano. La zona negra entre las fibras es la fase continua de la resina.
Polymermatrix
ResumenLos materiales compuestos presentan ventajas de ingeniería frente a los materiales convencionales, como el metal, la madera y el cuero. Los compuestos poliméricos tienen una buena resistencia a la tracción, a la flexión, a la compresión, al impacto, al módulo de Young y a la rigidez, además de una gran estabilidad dimensional. El agotamiento de los recursos naturales y las preocupaciones medioambientales relacionadas -especialmente en el uso de la madera- han obligado a los científicos e ingenieros a explorar más aplicaciones para los compuestos avanzados. Puede decirse que los composites avanzados han llegado a un nivel en el que pueden sustituir a los materiales convencionales en la mayoría de las aplicaciones de ingeniería [1, 2]. Los composites han demostrado ser el mejor sustituto de los materiales convencionales. Las ventajas de los materiales compuestos poliméricos y sus aplicaciones se analizan en detalle en las siguientes secciones de este capítulo.
Fig. 2.1Fig. 2.2Fig. 2.3Fig. 2.4Fig. 2.5Fig. 2.6Fig. 2.7Fig. 2.8Fig. 2.9Fig. 2.10Fig. 2.11Fig. 2.12Fig. 2.13Fig. 2. 14Fig. 2.15Fig. 2.16Fig. 2.17Fig. 2.18Fig. 2.19Fig. 2.20Fig. 2.21Fig. 2.22Fig. 2.23Fig. 2.24Fig. 2.25Fig. 2.26Fig. 2.27
Ejemplos de compuestos de matriz polimérica
Los polímeros que suelen utilizarse como materiales compuestos son polímeros termoplásticos, polímeros termoestables o elastómeros. Son una fuente de una gran variedad de materias primas de bajo precio que ofrecen muchas ventajas como [1]:
Además de los tipos de matriz y refuerzo utilizados, otros factores que afectan a las propiedades de un PMC son las proporciones relativas de los constituyentes, la geometría del refuerzo y la naturaleza de la interfase [3].
Los polímeros se refuerzan con fibras de 8 a 12 μm de diámetro, ya sea en forma de multifilamentos continuos simples o picados, que se tejen en telas y otros tipos de textiles preformados. A continuación, estas fibras se impregnan en el polímero matriz en forma líquida mediante inyección, extrusión, prensado o estampado y luego se curan para producir el compuesto final [5].
Durante la fabricación y conformación de los compuestos de matriz polimérica en productos acabados, a menudo la formación del propio material se incorpora al proceso de fabricación. Estos procesos incluyen [4,5]:
Industria aeronáutica y aeroespacial – Se utiliza en la construcción de piezas estructurales para aviones militares, transbordadores espaciales y sistemas de satélites. Los principales objetivos de la utilización de los PMC son reducir el peso de las aeronaves, lo que puede mejorar su rendimiento, y reducir sus costes.