TEMA PARA LA CLASE DE INGENIERÍA DE MATERIALES...t/t

1. Materiales
Compuestos
Profesor: QBA Miguel A. Castro Ramírez

2. Características esenciales
• ¿Qué son?
También conocidos como composites, son combinaciones de materiales diversos
(resinas epoxi, poliéster, etc.) con materiales de refuerzo (fibras de carbono, fibras de
vidrio, etc.); cuyas propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las
propiedades de sus componentes, dando así por resultado un material de
características excepcionales.
• ¿Cómo están formados?
Están formados por una matriz (o base metálica, polimérica o cerámica) a la que se le
añade otro material de refuerzo (en forma de fibras o partículas) con el propósito de
mejorar ciertas propiedades de la matriz.
• ¿Cuándo comenzaron a producirse?
Se reconoce que tuvieron su origen a principios de los años 60 en los grandes proyectos
aeroespaciales y de defensa en Estados Unidos y Europa.
• Estructura.
– Agente reforzante: su geometría es fundamental la hora de definir las
propiedades mecánicas del material.
– Matriz: es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los
esfuerzos al agente reforzante, lo protege y da cohesión al material.

3. • Clasificación.
– Materiales compuestos reforzados con partículas.
Están compuestos por partículas de un material duro y frágil dispersas discreta y
uniformemente, rodeadas por una matriz más blanda y dúctil.
– Materiales compuestos estructurales.
Estan formados tanto por materiales compuestos como por materiales sencillos y
sus propiedades dependen fundamentalmente de la geometría y de su diseño.
Los más abundantes son:
• Los laminares. Están formados por paneles unidos entre si por algún tipo de
adhesivo u otra unión. Lo más usual es que cada lámina esté reforzada con
fibras y tenga una dirección preferente, más resistente a los esfuerzos.
• Los paneles sandwich consisten en dos láminas exteriores de elevada
dureza y resistencia (normalmente plásticos reforzados, aluminio o incluso
titanio), separadas por un material menos denso y menos resistente,
(polímeros espumosos, cauchos sintéticos, etc.).
• Proceso de fabricación. Modos de producción.
Hay varios procesos de fabricación: moldeo por proyección, por vía húmeda o contacto;
apilado por bolsa de vacío, RTM (moldeo por transferencia de resina), VARTM
(moldeo por transferencia de resina en vacío), RIM (moldeo por infusión de resina),
Filament Winding (bobinado), Fiber Placement, Pultrusión, ATL, Eb couring…
• Futuro y previsiones para este tipo de materiales.
• Rentabilidad.

4. Fibras
• Aramida El carbono tiene elevada resistencia mecánica y
módulo de elasticidad; baja densidad,
Es un filamento orgánico que proviene de una
resistencia a agentes externos, gran
clase de derivados del petróleo conocidos
capacidad de aislamiento térmico;
como polímeros intratables.
resistencia a las variaciones de
Es sensible al ultravioleta, tiene buena temperatura, conservando su forma, sólo si
resistencia a choques, a la abrasión, a los se utiliza matriz termoestable; buenas
disolventes orgánicos y al calor; y es propiedades ignífugas.
sensible a la humedad. Se usa en
construcción naval.
• Carbono
Son sólidos que presentan una morfología
fibrosa en forma de filamentos, o una trenza
de éstos, y con un contenido mínimo en
carbono del 92 % en peso.

5. • Poliéster • Alúmina
Es una categoría de polímeros que contiene el La alúmina es el óxido de aluminio que se halla
grupo funcional éster en su cadena en la naturaleza en estado puro o
principal. El término poliéster generalmente cristalizado formando, en combinación con
se refiere a los poliésteres sintéticos la sílice y otros cuerpos, los feldespatos y
(plásticos), provenientes de fracciones las arcillas.
pesadas del petróleo. Se usa como aislante térmico para cubas
Se endurece a la temperatura ordinaria y es electrolíticas, como revestimiento de
muy resistente a la humedad, a los protección, para la absorción de las
productos químicos y a las fuerzas emisiones provenientes de las cubas, para
mecánicas. Se usa en la fabricación de el secado del aire comprimido (tiene la
fibras, recubrimientos de láminas, etc. propiedad de adsorber y desorber el agua),
como base de la estructura de coronas y
puentes de prótesis dentales, en molinos de
esmaltes cerámicos como piedras de
molienda (a modo de las piedras que
engullen las aves para triturar los granos en
la molleja).

6. • Basalto • Vidrio
El basalto es una roca ígnea de grano fino y Es un material fibroso obtenido al hacer fluir
composición máfica, es decir, con un alto vidrio fundido a través de una pieza de
contenido de hierro. Se compone agujeros muy finos (espinerette) y al
mayormente de piroxeno y olivino, solidificarse tiene suficiente flexibilidad para
conteniendo cantidades menores de ser usado como fibra.
feldespato y cuarzo. Es la roca más Posee de un buen aislamiento térmico, es inerte
abundante en la corteza terrestre. ante ácidos y soporta altas temperaturas.
Suele ser de color gris oscuro, y tiene muchas Se usa en piezas de bricolaje, cascos de
veces una textura de burbujas, generadas veleros, terminaciones de tablas de surf o
durante el enfriamiento y la solidificación de esculturas, para realizar los cables de fibra
la lava. óptica utilizados en el mundo de las
También son características las masas con telecomunicaciones, y como aislante
forma almohadillada, causadas por el térmico en la construcción.
enfriamiento rápido de lava emitida tras una
erupción en el fondo marino.

7. • Carbono-Vidrio. – Rayón
Usado para móviles, elementos ortopédicos y Es una fibra que se produce a partir de la
de baños. celulosa, por lo que es una fibra
celulósica manufacturada y
• Otras regenerada.
– Celulosa.
La celulosa está compuesta de moléculas
de glucosa; siendo así un
homopolisacárido (compuesto por un
solo tipo de monosacárido)
Es rígida, insoluble en agua, y contiene
desde varios cientos hasta varios miles
de unidades de β-glucosa.
La celulosa es la biomolécula orgánica
más abundante ya que forma la mayor
parte de la biomasa terrestre.

8. Plásticos reforzados con fibra
• Clasificados por el tipo de fibra
– Madera
– CFRP
Para muchas aplicaciones en las que la fibra de vidrio presenta una rigidez
insuficiente, es necesario sustituirla por fibras de carbono.
Tiene un elevado módulo de elasticidad y resistencia a tracción, no presenta
plasticidad y el límite de rotura coincide con el límite elástico; tiene baja
densidad, elevada resistencia a altas temperaturas y a las bases, buena
conductividad eléctrica y térmica, alto coste…
– GFRP
Es la fibra más empleada en aplicaciones industriales, debido a su gran
disponibilidad, sus buenas características mecánicas y a su bajo coste.
Sus principales características son: alta adherencia fibra-matriz, resistencia
mecánica, con una resistencia específica superior a la del acero; es aislante
eléctrico, de buena permeabilidad, no propaga la llama ni origina humos o
toxicidad, estabilidad dimensional (bajo coeficiente de dilatación), compatibilidad
con las materias orgánicas, insensible a roedores e insectos, débil conductividad
térmica, excesiva flexibilidad y bajo coste.

9. • Clasificados por la matriz
• Termoplásticos reforzados por fibra larga
Este material ofrece, además de un ahorro de peso, toda una serie de
importantes ventajas, como una mayor resistencia, mayor seguridad, mayor
funcionalidad y mayor durabilidad para la pieza en cuestión.
• Termoplásticos tejidos de vidrio
El plástico reforzado con fibra de vidrio proporciona de forma simultánea la
rigidez y la funcionalidad necesarias.
– Compuestos termoformados o termoestable
Los plásticos termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal
comportamiento está en que las cadenas de estos materiales forman una red
tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. La
estructura así formada toma el aspecto macroscópico de una única molécula
gigantesca, cuya forma se fija permanentemente, debido a que la movilidad de
las cadenas y los grados de libertad para rotación en los enlaces es
prácticamente cero.

10. Compuestos de matriz metálica
• Cermet
Un cermet es un material compuesto formado por materiales metálicos y cerámicos. Los
cermets están diseñados para combinar la resistencia a altas temperaturas y a la
abrasión de los cerámicos con la maleabilidad de los metales. Como matriz se utiliza
el metal, usualmente níquel, molibdeno, o cobalto, y la fase dispersa está constituida
por carburos refractarios, óxidos, boruros o alúmina.
• Fundición blanca
Son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de
cementita. Todas ellas son aleaciones hipoeutécticas y las transformaciones que
tienen lugar durante su enfriamiento son análogas a las de la aleación de 2,5 % de
carbono.
– Metal duro
También conocido por carburo de tungsteno es un compuesto cerámico formado
por tungsteno y carbono.
Son de uso recomendado en aplicaciones en las que se requiera resistencia a
desgaste severo, impacto y corrosión.
• Laminado metal-intermetal

11. Compuestos de matriz cerámica
• Hormigón/Concreto
El hormigón, también conocido como concreto, es un material que se utiliza mucho en
los procesos de construcción.
El concreto resulta de la mezcla de conglomerantes, conocidos como cemento, con
áridos (arena, grava o gravilla) agua y finalmente adiciones y aditivos.
• Carbono-carbono reforzado
La fibra de carbono es el desarrollo más reciente en el campo de los materiales
compuestos siguiendo la idea de que uniendo fibras sintéticas con varias resinas, se
pueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos.
• Hueso
Esta matriz ósea está reforzada con fibras de colágeno, que es el componente más
abundante de la piel y de los huesos.
• Adobe
El adobe es una pieza para construcción hecha con una masa de barro (arcilla y arena)
mezclada a veces con paja, moldeada en forma de ladrillo y secada al sol.
Con ellos se construyen paredes y muros de variadas edificaciones. La técnica de
elaborarlos y su uso están extendidos por todo el mundo, encontrándose en muchas
culturas que nunca tuvieron relación.

12. Compuestos de matriz orgánica
• Madreperla o nácar
La madreperla, conocida también como nácar, es una sustancia que ya consolidada es
dura, blanca, brillante y con reflejos irisados o iridiscentes. Es también la sustancia
que forma la capa interna del caparazón de muchos moluscos; por lo que, diversos
de estos moluscos lo segregan de manera considerable para reparar sus
caparazones dañados o para cubrir determinados objetos dentro de ellos. Este
mecanismo es utilizado por los recolectores de perlas, para administrar a unos
determinados moluscos piezas en el interior que cubrirán con el nácar,
convirtiéndolos en perlas u otros objetos valiosos nacarados.
• Concreto asfáltico
Los concretos asfálticos constituyen la clase superior de los pavimentos bituminosos.
El concreto asfáltico mezclado en vía, consiste en una o varias capas compactadas de
una mezcla de agregados minerales, asfalto líquido, producido en la vía por medio
de plantas viajeras, motoniveladoras, arados agrícolas o cualquier otro tipo capaz de
mezclar agregados y asfalto sobre la superficie de la vía. Este tipo de concreto
asfáltico se puede emplear como capa de rodamiento para tráfico liviano y mediano,
como base de pavimentos flexibles para tráficos mediano y pesado o como capa
intermedia.

13. Madera mejorada
• Plywood
El Plywood, en español, contrachapado, es un material que está compuesto de chapa de
madera sobrepuesta en capas impares con la veta perpendicular entre ellas,
pegadas con resinas de formaldehidos, logrando un material con una mayor
resistencia mecánica que la madera sólida de igual superficie y grosor.
• Tableros de fibra orientada
Está formado con virutas de madera que se unen entre sí con un aglomerante mediante
la aplicación de calor y presión. Las virutas de las capas exteriores están alineadas y
dispuestas paralelamente a la longitud del tablero, mientras que la de la/s capa/s
interior/es pueden estar orientadas aleatoriamente o alineadas perpendicularmente a
la dirección de las virutas de las capas exteriores.
• Trex
Pertenece a la gama de compuestos de madera y plástico, que son mezclas físicas
hechas a temperaturas en las cuales el polímero está reblandecido, arriba de Tg y
Tm. Conocidos más comúnmente como WPC, que proviene de su traducción al
inglés Wood-Plastic-Composites.
• Weatherbest
Perteneciente también a la gama de compuestos de madera y plásticos.
• Pycrete

14. Bibliografía
Todos estos datos han sido obtenidos de:
• http//es.wikipedia.org
• http://infomadera.net
• http://www.interempresas.com
• http://www.astromia.com
• http://www.educared.net
• http://www.plasticportal.net
• http://www.tecnun.es
• http://www.quiminet.com