materiales compuestos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

ESCUELA DE INGENIERA QUIMICA

V CICLO

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CONTENIDO I. INTRODUCCIN .......................................................................................................................... 2

I. DEFINICIN ................................................................................................................................. 3

II. CLASIFICACIN ............................................................................................................................ 4

III.I. COMPUESTOS DE MATRIZ METALICA ..................................................................................... 4

III.II COMPUESTOS DE MATRIZ CERMICA .................................................................................... 4

III.III. LOS COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMRICA .......................................................................... 5

III. FUNCIN DE LA FIBRA EN El MATERIALCOMPUESTO ........................................................... 6

IV. FUNCIN DE LA MATRIZ EN EL MATERIAL COMPUESTO ...................................................... 9

V. LA ANISOTROPIA DEL MATERIAL COMPUESTO ....................................................................... 13

VI. APLICACIONES Y LIMITACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS ................................ 15

VII. BIBLIOGRAFA ....................................................................................................................... 17




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I. INTRODUCCIN

La evolucin de la humanidad, desde diferentes aspectos, tanto sociales como culturales y

tcnicos, ha sido condicionada por el descubrimiento de nuevos materiales. Las edades de

piedra, del cobre, del bronce, del hierro, constituyen etapas en la historia de la humanidad

en las cuales a travs del conocimiento y manejo de nuevos materiales y tcnicas,

permitieron al hombre desarrollar nuevas estructuras polticas y sociales gracias a esos

materiales.

Al contrario de lo que se pudiera pensar, el concepto de material compuesto es tan

antiguo como la naturaleza misma. Un ejemplo de ello lo tenemos en la madera, en la cual

las fibras de celulosa se unen mediante una matriz de lignina. En el caso de los huesos,

existen tambin estructuras reforzadas y rigidizadas con fibras. Las chozas de adobe y paja

constituyen otro ejemplo ms de materiales compuestos.

Sin embargo, en lo que a construccin naval se refiere, estudiaremos los materiales compuestos

de matriz polimrica. Mediante la eleccin de un sistema de matriz adecuado y su asociacin con

fibras de refuerzo, se obtiene un material con cualidades que no son alcanzables por cada uno de

los materiales homogneos que lo componen. El reto actual de los materiales compuestos

consiste en dar con las mejores asociaciones de fibra-matriz, proporcionando cada vez materiales

con mejores prestaciones para el fin que son concebidos.




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I. DEFINICIN

MATERIALES COMPUESTOS

El material compuesto (MC) est formado por una fase discontinua, tambin llamada refuerzo, ya

que de ella dependen principalmente las propiedades mecnicas, Y por una fase continua o

matriz, responsable de la resistencia trmica y ambiental del material, que engloba al refuerzo y

hace del material una estructura monoltica. .

Segn la matriz la clasificacin puede ser polimrica, cermica o metlica; cada uno de estos

grupos se subdivide a su vez con materiales especficos, como matriz orgnica de epoxy o de

polister, o matriz metlica de aluminio o de titanio. La eleccin del tipo de matriz est

condicionada fundamentalmente por la temperatura de servicio.

Matrices polimricas hasta 200oC, matrices metlicas hasta casi la temperatura de fusin de la

aleacin correspondiente, y matrices cermicas, vtreas o policristalinas, para temperaturas

extremas. El proceso de produccin del material compuesto cambia significativamente segn el

tipo de matriz, estando actualmente ms desarrollado para matrices polimricas; por su mayor

simplicidad.




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II. CLASIFICACIN

En nuestro informe desarrollamos la clasificacin segn su matriz:

III.I. COMPUESTOS DE MATRIZ METALICA

Se mejora el comportamiento a fluencia respecto de la aleacin base, pudiendo

obtenerse una direccionalidad de las propiedades; este incremento de resistencia

va unido a una disminucin de la tenacidad de la aleacin. Se requieren fibras

especiales para evitar la reaccin qumica fibra-matriz a altas temperaturas; los

costes de fabricacin son muy elevados, y se dispone de poca experiencia de su

comportamiento en servicio.

III.II COMPUESTOS DE MATRIZ CERMICA

Presentan una enorme complejidad, tanto en su comportamiento como en su

produccin industrial. El objetivo es disponer de un material cermico con la

inherente resistencia trmica de los cermicos, pero con un valor de tenacidad que

permita su utilizacin en aplicaciones estructurales. Tejidos tridimensionales de

fibra de grafito, entre los que se infiltra una matriz de carbono mediante un

proceso iterativo de pirolisis y/o deposicin en fase vapor, se han desarrollado para

el revestimiento externo de los transbordadores espaciales, o como frenos de disco

para aviones y automviles de competicin.




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III.III. LOS COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMRICA

Son los mejor caracterizados y los de mayor utilizacin industrial. Desde 1980,

aviones civiles y militares incorporan Progresivamente estos materiales en su

estructura externa, hasta un 40 por ciento del peso total. Se requiere todava

mejorar su tolerancia al dao, o capacidad de la estructura para soportar los

accidentes usuales de servicio (corrosin, impactos, etc.), sin una degradacin

significativa de sus propiedades.




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III. FUNCIN DE LA FIBRA EN El MATERIALCOMPUESTO

La fibra es el elemento reforzante por excelencia. Las propiedades mecnicas de cualquier

material son superiores cuando ese material se presenta en forma de fibra. La Figura 14.2 ilustra la

resistencia y rigidez especfica de distintos materiales y fibras. Se ha insistido en captulos

anteriores en que el mdulo elstico es una propiedad asociada a la fuerza del enlace qumico

entre los tomos del material. As, por ejemplo, todas las aleaciones frreas presentan un mismo

mdulo elstico, prximo a 200 GPa. No ocurre lo mismo con la resistencia mecnica; de hecho, se

encuentra en las aleaciones frreas valores muy dispares y siempre muy inferiores (al menos diez

veces) a la resistencia terica que correspondera a romper el enlace qumico.

La explicacin de este comportamiento es que la presencia de defectos es dominante en la

respuesta del material.

Este hecho fue demostrado por Griffith hacia 1920, al ensayar barras de vidrio de dimetro

progresivamente inferior. Al disminuir el dimetro se aumenta la resistencia mecnica, ya que se

est disminuyen-do la posibilidad de encontrar un defecto de gran tamao, por el que se inicie la

rotura. Estos experimentos se asocian al concepto de mecnica de la fractura, como una

propiedad que caracteriza mejor que la resistencia mecnica l comporta-miento de materiales

frgiles, y justifica que las fibras presenten propiedades superiores. De hecho, y salvo excepciones

justificadas por su proceso de fabricacin, todas las fibras de refuerzo comerciales presentan un

dimetro entre 2 y 14 micras, limitando el dimetro inferiormente por razn de 'coste y de

seguridad laboral, ya que partculas fibrosas de muy pequeo dimetro, cuino los asbestos, que

pueden liberarse posteriormente durante el mecanizado, se asocian a problemas de salud. El

mdulo elstico del vidrio no cambia por estiramiento, como tampoco cambia en el acero

respecto del alambre de alta resistencia. El enlace qumico est en ambos casos orientado en

cualquier direccin, en el primero de ellos por tratarse de un material amorfo y en el otro por ser

policristalino. En ambos casos, el mdulo elstico corresponde al promedio macroscpico

resultante de ensayar una malla de enlaces en todas las direcciones.




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Los enlaces qumicos ms fuertes conocidos corresponden al grafito y diamante y, por tanto, los

de mayores posibilidades como fibras. La fibra de grafito se produce como una secuencia de

tostacin-estiramiento de algn precursor orgnico, como PAN o brea, como se esquematiza en la

Figura 14.3. Inicialmente se tendr un filamento de carbono amorfo, pero la tensin y alta

temperatura lo reconvierte progresivamente a una estructura de lminas de grafito, orientadas

con la fibra, similar a la estructura de las hojas de un puerro. Las distintas variedades de fibra de

carbono que se comercializan corresponden a distintos grados de conversin a grafito. A mayor

temperatura de tratamiento, mayor coste, mayor porcentaje de grafito, mayor ndulo elstico, y

simultneamente mayor densidad y conductividad elctrica. A muy altas temperaturas de

tratamiento se generan defectos, lo que perjudica su resistencia mecnica.

La Tabla 14.1 resume las propiedades de las tres variedades principales de fibra de refuerzo

empleadas: vidrio, carbono, aramidas.

La fibra de vidrio en sus variedades normal (Vidrio E) y de alta resistencia (S o R) ser la de mayor

consumo por su excelente relacin resistencia/precio. Su bajo mdulo elstico es su principal

limitacin. Es obviamente un material amorfo, de aspecto blanco, por dispersin de la luz. Las

fibras de carbono, en sus tres variantes de alta resistencia, intermedia y alto mdulo, sern el

material de eleccin para aplicaciones estructurales muy exigidas, cuando la rigidez y el peso son

criterios dominantes del diseo y cuando el precio es un factor secundario. Las fibras de

poliaramida (poliamidas aromticas), entre las que el Kevlar es el nombre comercial ms conocido,

tienen frente a las anteriores la propiedad de ser tenaces por s mismas, como tejidos secos, lo

que permite su uso como material flexible de blindaje y para absorcin de energa de impactos.

Por su buena resistencia especfica a traccin, son adems empleadas en el refuerzo devanado de




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de-psitos de alta presin. Otras fibras cermicas, como la fibra de boro, formada por deposicin

qumica en fase vapor de boro sobre un filamento de \volframio o de carbono, o las fibras de

almina, carburo de silicio, etc., son ms caras que las fibras de carbono, sin tener mejores

propiedades que stas. La nica razn de su utilizacin es evitar la reaccin a alta temperatura

entre fibra y matriz con los MMC y CMC.

Las fibras se comercializan como hilos, de 3000 a 12 000 filamentos cada uno. Estos hilos pueden a

su vez formar un tejido, para facilitar su manipulacin, o estar dispuestos paralelos como una

cinta, impregnados en resina y sobre un papel soporte que facilita su manejo. En cualquier caso, el

espesor de una de estas lminas individuales es del orden de 0.2 mm, y para lograr el espesor

requerido por la pieza habr que superponer varias lminas, formando el laminado. Se dispone de

libertad absoluta para orientar estas lminas; de hecho, se orientarn ms lminas en la direccin

ms solicitada mecnicamente, en lo que se denomina secuencia de apilamiento, o definicin de la

orientacin de cada lmina respecto de un eje arbitrario de referencia, ligado a la estructura. La

Figura 14.4 ilustra la notacin empleada para definir estas secuencias.

Algunas consideraciones de carcter prctico sobre la orientacin de fibras:

1. Las orientaciones usuales son 0, 90, + 145. Combinando estas orientaciones, se puede

conseguir la resistencia y rigidez requerida en cualquier direccin, por el carcter tensorial

de las deformaciones. Utilizar orientaciones distintas es posible, incluso conveniente en

algunos procesos como el devanado de filamentos, pero en general solamente complicar

la fabricacin de la estructura.

2. Los laminados siempre deben ser simtricos respecto de su plano medio, y equilibrados,

para evitar distorsiones anmalas de la estructura, tales como alabeamientos inducidos

por cambios trmicos.

3. La resistencia y rigidez en una direccin cambia enormemente con la orientacin dada,

como pone de manifiesto la Figura 14.5; durante el diseo se tratar de optimizar la

estructura, pero por el carcter frgil de la matriz nunca se emplearn en aplicaciones

reales compuestos exclusivamente unidireccionales.




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Las fibras, de extraordinarias propiedades mecnicas, individualmente tienen slo capacidad para

soportar cargas de traccin; un apilado de tejidos, sin ningn ligamento entre ellos, tiene una

utilidad estructural muy limitada. Una estructura debe ser un conjunto capaz de responder a

solicitaciones en cualquier direccin. Se precisa por tanto de la matriz, que se encarga de distribuir

las tensiones y homogeneizar las deformaciones, haciendo del laminado un slido monoltico.

IV. FUNCIN DE LA MATRIZ EN EL MATERIAL COMPUESTO

Se ha puesto de manifiesto que, sin ser responsable de soportar las cargas, la matriz juega un

papel principal, manteniendo a cada fibra en su sitio y permitiendo que stas desarrollen su

capacidad estructural. Se analizaran distintos estados de carga, para identificar los requerimientos

exigidos a la matriz. Se considera en primer lugar un material compuesta unidireccional, con las

fuerzas externas orientadas en sentido de la fibra, como se esquematiza en la Figura 14.6. La

fuerza total a transmitir se reparte entre fibra y matriz, como se esquematiza sobre la propia

figura. Dividiendo arribos trminos por la seccin transversal total, se obtiene

Se ha definido y corno la fraccin de rea ocupada por la fibra y la matriz, respectivamente,

o como la fraccin de volumen ocupado, dada la geometra cilndrica. Las ecuaciones constitutivas

para cada material seran:




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Al igual que:

y

Por estar ntimamente unidos, fibra y matriz suben la misma deformacin, por lo que resulta

Esta expresin se conoce como ley de micromecnica en sentido longitudinal. El mdulo elstico

longitudinal del material compuesto es un promedio del mdulo de la fibra y de la matriz. Con

matrices polimricas, el mdulo de la fibra es un orden de magnitud superior, al menos, al mdulo

de la resina, por lo que la contribucin de la matriz es irrelevante.

Con un razonamiento similar, se obtiene que la resistencia mecnica del material compuesto

unidireccional en sentido longitudinal ser, aproximadamente,




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Las anteriores ecuaciones ponen de manifiesto que, en cualquier material compuesto se debe

tratar de conseguir el mximo volumen de fibra, por su relacin lineal con las propiedades

mecnicas. Con impregnacin manual de resina sobre tejidos secos es difcil obtener valores

superiores al 40 por ciento, y en estos casos con una notable dispersin. Por ello, en las

aplicaciones ms exigentes, se emplean preimpregnados, en los que la distribucin de resina es

muy homognea, y prxima al ptimo prctico, que asegure llenar todos los huecos entre fibras y

tejidos, y que es del orden del 60 por ciento para laminados de cinta, y del 50 por ciento para

tejidos convencionales.

La matriz parece desempear un papel insignificante, al menos bajo este estado de cargas, lo que

no es estrictamente cierto. Si se compara un haz de fibras secas con otro idntico, que incorpora

una matriz adhesiva, la rigidez de ambos ser similar, pero el segundo presenta una mayor carga

de rotura. En el primer caso, si una fibra falla en un punto, es ya inefectiva en toda su longitud. En

el segundo caso, la fibra rota transmite localmente a travs de la matriz su carga a las fibras

vecinas, y vuelve a ser plenamente efectiva a cortas distancias de su punto de rotura. El efecto es

semejante al que se consigue en el trenzado de cables, donde la fuerza se transmite por friccin

entre hilos.

Mayor es todava la importancia de la matriz si la fuerza aplicarla fuera de compresin

longitudinal. En ausencia de matriz, la fibra se ondula lateralmente, en una inestabilidad elstica,

La matriz evita este desplazamiento lateral y, sin absorber directamente la carga aplicada,

contribuye decisivamente a la resistencia mecnica longitudinal a compresin del material

compuesto. La Figura 14.7 recoge resultados experimentales que verifican esta interpretacin,

siendo el mdulo elstico de la matriz el parmetro crtico al respecto. A este respecto, interesan

matrices muy rgidas, lo que en polmeros equivale a termoestables muy reticuladas, y

temperaturas de trabajo inferiores a su temperatura de transicin vtrea.

Si la fuerza estuviera aplicada en direccin perpendicular a las fibras, el efecto reforzante de stas

no entra en juego, salvo por acoplamientos por trminos de Poisson, y las propiedades mecnicas

del material compuesto unidireccional, sentido transversal, sern similares a las de la matriz.

Modelos micromeenicos in-dican que el modulo elstico transversal del MC se relaciona con el de

los constituyentes a travs de la expresin:




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expresin conocida como ley de micromecnica en sentido transversal. Puede parecer importante,

a este efecto, conseguir una alta resistencia en el polmero, ya que se refleja en la resistencia

transversal del material compuesto. Es sin embargo ms efectivo, como se vio en el apartado

anterior, superponer otra lmina de fibras en esa direccin, y confiar fundamentalmente en las

fibras para transmitir cargas mecnicas. Si bien es posible reforzar cualquier direccin del plano,

en sentido normal al plano las lminas estn unidas unas a otras exclusivamente por la matriz, y el

requisito de alto mdulo convierte a la matriz en un material frgil. Los materiales compuestos de

matriz polimrica tienen su principal limitacin en las delaminaciones, o grietas interlaminares que

se generan o como defectos de fabricacin, o como daos accidentales de servicio por impacto de

objetos extraos, que sin dejar huella aparente en la superficie provocan una grieta interna que

disminuye hasta un 50 por ciento su resistencia a compresin. Mejorar la resistencia a la

delaminacin, en base a mejorar la tenacidad de la matriz, es posible aadiendo partculas

elastomericas a la matriz, al igual que se hace con los adhesivos. El requisito de no perturbar el

mdulo elstico, ni la temperatura vtrea, ni las condiciones de absorcin de humedad, unido a

unas deseables caractersticas de procesabilidad, hace que las matrices polimricas actuales sean

una compleja mezcla de reactantes.

Los polmeros empleados actualmente como matrices pertenecen mayoritariamente a familias de

termoestables. Los aspectos referentes a composicin y transformaciones fsicas y qumicas que

experimentan durante el curado se expusieron en la Seccin 13.11; muy genricamente, pueden

darse algunas orientaciones para la seleccin de la matriz.

Las resinas de polister insaturado son las ms econmicas y las de mayor comodidad de uso. Su

curado en caliente es muy rpido, inferior al minuto, por lo que son las resinas usuales en los

procesos que exigen muy alta cadencia de produccin (SMC). En general se acompaan de fibra de

vidrio, nunca de libras superiores.




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Las resinas epoxdicas proporcionan mejores propiedades mecnicas, dentro de la limitada

influencia de la matriz. Su curado es lento, con tiempos tpicos de una a dos horas. Dentro de las

resinas epoxy empleadas con los materiales compuestos, se distinguen tres generaciones:

1. Resinas de primera generacin (aos setenta), muy reticuladas, para obtener alto mdulo

elstico y resistencia trmica, pero por ello muy frgiles.

2. Segunda generacin (aos ochenta), donde se corrige su falta de tenacidad mediante

elastmeros en dispersin. Presentaron problemas de prdida de Tg absorcin de

humedad (ensayos en condiciones de calor hmedo).

3. Las resinas actuales, que tratan de compensar ambos fenmenos, adems de abordar

aspectos de procesabilidad, tales como control de flujo, vida en almacn, etc.

En menor proporcin se emplean otras resinas, como las fenlicas, cuando el requisito de

resistencia al fuego es imperativo, las vinilester, por su buena resistencia qumica, o las

bismaleimidas, para temperatura de servicio hasta 200oC.

Las matrices termoplsticas ofrecen como ventaja su reprocesabilidad, que puede aprovecharse

cuando se trata de fibra corta no orientada. Una gran mayora de termoplsticos se comercializan

con distintos porcentajes de fibra corta de vidrio, que mejora la rigidez del material, permitiendo

su procesado por las tcnicas convencionales de inyeccin. Entre los compuestos de fibra

continua, se comercializan los TRE (Termoplsticos Reforzados Estampables), que ofrecen una alta

cadencia de produccin, pero con escasa libertad en cuanto a geometras admisibles.

V. LA ANISOTROPIA DEL MATERIAL COMPUESTO

La anisotropa de un material, o cambio del valor de sus propiedades mecnicas, trmicas o

elctricas, segn la direccin escogida para ensayarlo, es una propiedad nica de estos materiales.

Significa una mayor complejidad en el diseo, ya que puede dar lugar a comportamientos no

intuitivos y a modos de fallo inesperados. Las delaminaciones son una de las consecuencias

negativas de esta anisotropa.

En el lado positivo, la anisotropa significa la posibilidad de disear el material junto con la

estructura, adaptados ptimamente a su funcin. La Naturaleza realiza esa optimizacin de

manera cotidiana; cada hueso adquiere una geometra, composicin y propiedades adaptadas a la

funcin y solicitacin mecnica a la que se ve sometida. La tcnica slo recientemente ha

empezado a disponer de esta posibilidad. Un laminado cuasiistropo de grafitolepoxy (laminado

con igual nmero de lminas en las direcciones 0/+ 45/90/ 45, lo que hace que tenga

propiedades idnticas en cualquier direccin de su plano) tendr una rigidez muy semejante a una




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placa de aleacin de aluminio de igual espesor, con un ahorro en peso del 30 por ciento,

consecuencia de su menor densidad. Como la gran mayora de las aplicaciones estructurales

tienen una direccin de solicitacin estructural preferente, se puede mejorar an ms el diseo si

la secuencia de apilamiento y la geometra de la pieza se adaptan a la funcionalidad prevista.

Las propiedades mecnicas de algunos laminados unidireccionales, con un volumen de fibra del 60

por ciento, se presentan en la Tabla 14.2, obtenidas a partir de ensayos mecnicos sobre probetas.

Estos Valores podran haberse estimado a partir de las propiedades de fibra y matriz, empleando

las expresiones de micromecnica, pero se cometera mayor error; la utilidad de la micromecnica

es poner de manifiesto aspectos bsicos, corno la importancia del volumen de Fibra, pero no sirve

para hacer predicciones de gran exactitud numrica.

A primera vista, dado el nmero infinito de secuencias de apilamiento posibles, podra parecer

que se requieren gigantescas bases de datos para comparar y elegir entre distintas

configuraciones. Pero ello es innecesario, ya que con los datos de la tabla anterior, y utilizando la

teora del laminado, se puede predecir con razonable exactitud el comportamiento elstico de

cualquier laminado. El desarrollo del modelo matemtico conocido como teora del laminado. O

macromecnica, no corresponde hacerlo aqu por su extensin y complejidad matemtica, y

puede encontrarse en cualquiera de las referencias. Existen numerosos paquetes informticos

adaptados a PC, que realizan esa simulacin. bacos de diseo, como el presentado en la Figura

14.5, no son ms que un rudimentario procedimiento para presentar esa informacin. Se aprecia

el abanico de posibilidades existentes, incluyendo la realizacin de laminados hbridos.

En los materiales que incorporan fibra corla (1mm hasta 5 cm) no existe, salvo casos singulares,

posibilidad de orientar el refuerzo, y el material tendr un comportamiento istropo en su plano.

Su mdulo elstico equivalente puede estimarse por la expresin emprica.




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Estos materiales se conocen corno plsticos reforzados, y su comportamiento y procesado

tienen ms en comn con los plsticos que con los laminados que se han descrito.

VI. APLICACIONES Y LIMITACIONES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

Los materiales compuestos ofrecen una alfa resistencia y rigidez especficas; al igual que su matriz,

tienen una buena resistencia a la intemperie y pueden adaptarse a geometras muy complejas,

reduciendo significativamente el nmero de elementos a integrar para formar un conjunto

estructural. El diseo debe contemplar las peculiaridades del material, y las posibilidades de los

diferentes procesos de fabricacin, y un diseo para material metlico no puede trasladarse a

otros materiales con una simple adaptacin de espesores, Como en ocasiones se hace.

Entre los factores limitativos est la ausencia de plasticidad, que exige tolerancias estrictas en la

fabricacin. Este efecto es particularmente crtico en el caso de uniones mecnicas; pequeas

desajustes originarn concentraciones de tensiones no previstas, imposibles de aliviar. Puesto que

las uniones con adhesivos tampoco son sencillas, por el riesgo de delaminacin, el diseo de las

uniones ser un aspecto crtico en las estructuras de material compuesto. Consecuencia de lo

anterior es que la reparabilidad de estas estructuras es limitada, en ocasiones ms costosa que la

sustitucin del elemento estructural.




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Las propiedades del material son muy sensibles a la calidad del proceso de fabricacin. El conjunto

de procedimientos que se realizan antes, durante y despus de la fabricacin para asegurar la

calidad, influyen significativamente en el coste final del producto.

La posibilidad de realizar elementos estructurales con una notable economa de peso compensa

en algunas aplicaciones del mayor coste inicial, particularmente en aquellas en que el peso es un

factor limitativo de sus actuaciones (aviones de combate, estructuras sometidas a cargas

inerciales...), o cuando interviene en los costes de explotacin (aviones civiles y sistemas de

transporte. en general). Siendo el proceso de fabricacin la principal componente del coste final,

se considera que la innovacin en los procesos, y su mayor automatizacin, puede aumentar la

competitividad de estos materiales.

Hoy da, sin embargo, un factor tcnico es su principal limitacin. Si se comparan los valores de

resistencia y rigidez para un compuesto grafito/epoxy, dados en la Tabla 14.2, con las propiedades

de una aleacin ligera de uso aeronutico, existe una ventaja evidente en ambos trminos a favor

del material compuesto. Parecera entonces razonable realizar el total de la estructura en material

compuesto, en lugar del 20 por ciento y 40 por Ciento que se da actualmente en los aviones de

transporte y combate, respectivamente. La explicacin de este hecho est los laminados actuales

no tienen suficiente tolerancia al daos. Pequeos impactos accidentales producen

delaminaciones, casi imperceptibles, que provocan una prdida de resistencia mecnica de casi el

50 por ciento. Los materiales compuestos se emplearn en la parte de estructura donde la rigidez

es el criterio dominante, como estabilizadores y superficies de mando, ya que el mdulo no sufre

degradacin en servicio. Por el contrario, para aquellos elementos de la estructura condicionados

por resistencia, se mantiene la solucin tradicional, a pesar de los indudables avances.

Un ejemplo an ms significativo de esta limitacin tecnolgica, y su posible superacin, ocurri

en uno de los campos tecnolgicamente ms avanzados: los motores de combustin contina

para la propulsin para aviones. En el ao 1968 Rolls Royce inici el diseo de un nuevo turbofn,

motor empleado en los aviones de transporte subsnico. El RB211 inclua alabes de material

compuesto, que prometan prestaciones superiores. Despus de cuatro aos de desarrollo e

inversiones millonarias, los nuevos alabes fueron incapaces de superar una prueba requerida para

la aceptacin del motor, consistente en soportar, sin desintegrarse, el impacto de un pjaro de 3

kg, en condiciones de vuelo. La escasa tenacidad interlaminar del material compuesto oblig a

modificar el proyecto y volver a los alabes tradicionales de titanio, despus de provocar una grave

crisis financiera, han sido necesarios veinte aos para que, con materiales ms perfeccionados y

una mejor comprensin del fenmeno, General Electric decidiera intentarlo de nuevo, en el motor

0E90, culminando con xito el desarrollo.




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VII. BIBLIOGRAFA

Introduccin a la ciencia de materiales para ingenieros, JAMES F. SHACKELFORD, NRIA MARTN COMAS.

http://ocw.upm.es/expresion-grafica-en-la-ingenieria/ingenieria-grafica-metodologias-de-diseno-para proyectos/Teoria/LECTURA_COMPLEMENTARIA/MATERIALES/materialescompuestos.pdf.

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