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ejercicios resueltos, materiales de construccion.
Tipo: Ejercicios
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Lima - Perú – 2021
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Dado que los materiales compuestos combinan resinas con fibras de refuerzo, las propiedades del material resultante combinarán de alguna manera las propiedades de cada uno de estos dos componentes. Las propiedades del material compuesto estarán determinadas por:
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS de diámetro lo menor posible. Sin embargo, por razones de coste y de seguridad se limita a ∼ 1 μm de diámetro porque fibras menores (con longitudes también menores) son más caras y se pueden liberar en el mecanizado de las piezas originando partículas fibrosas en suspensión (como los asbestos) que pueden causar problemas de salud. De forma general las matrices son resinas epoxi o poliéster. Las principales fibras usadas como refuerzos son: Fibras de vidrio
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Fibras de carbono Fibras de boro Fibras cerámicas
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS COMPORTAMIENTO MECANICO DE MATERIALES REFORZADOS CON FIBRAS
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Existe una longitud de fibra crítica para aumentar la resistencia y la rigidez del material compuesto. Esta longitud crítica lc depende del diámetro d de la fibra, de la resistencia a la tracción σ f y de la resistencia de la unión matriz-fibra (o resistencia al cizalle de la matriz). La longitud crítica de algunas combinaciones de matriz-fibra de vidrio y de carbono es del orden de 1 mm, equivalente a unas de 20 a 150 veces el diámetro de la fibra. Las fibras con l» lc (normalmente l >15 lc) se denominan continuas; y las fibras de menor longitud se denominan discontinuas o fibras cortas. En las fibras discontinuas de longitud significativamente menor que lc, la matriz se deforma alrededor de la fibra de modo que apenas existe transferencia del esfuerzo y el efecto del reforzamiento de la fibra es insignificante.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Plaquetas: con el empleo de plaquetas como elementos de refuerzo, el aumento de propiedades no es elevado, aunque los compuestos reforzados con plaquetas alcanzan mayores grados de compactación que los materiales compuestos reforzados con partículas. Por otro lado, al ser este tipo de refuerzo aproximadamente bidimensional permiten ofrecer prácticamente igual resistencia en su plano. Fibras cortas: cuando se emplean fibras cortas como refuerzo de los materiales, la longitud de éstas influye en las propiedades del material. Los materiales compuestos reforzados con fibras tienen naturaleza anisótropa, ofreciendo excelentes propiedades en la dirección de las fibras. Tipos de materiales compuestos según el refuerzo: a) Compuesto particulado; b) Compuesto fibroso; c) Compuesto laminado FASE FIBROSA
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Materiales compuestos reforzados con fibras. Estos son los materiales compuestos más conocidos por sus altas prestaciones mecánicas y el alto valor añadido del material final. La fase dispersa consta de fibras que es una
magnitud mayor que el diámetro. Mientras que el módulo de elasticidad no cambia con el tamaño del material, solo depende de la naturaleza de las fuerzas que unen los átomos, la resistencia mecánica si cambia con la forma de la muestra. Probetas de menor tamaño (mas estrechas) presentan resistencias comparativamente más altas. La explicación se debe a que disminuye la probabilidad de encontrar defectos en la escala macro- microscópica que son principales responsables que aparezca la grieta y la fractura. Esto fue demostrado en 1920 por Griffith al ensayar con barras de vidrio de diámetro progresivamente inferior. Por esto las fibras presentan mejores prestaciones mecánicas porque la probabilidad de encontrar defectos disminuye y además se anclan en la matriz que rodea uniformemente a las ´fibrillas´. Por esto, desde el punto de vista de las propiedades mecánicas son aconsejables las fibras de diámetro lo menor posible. Sin embargo, por
menores (con longitudes también menores) son más caras y se pueden liberar en el mecanizado de las piezas originando partículas fibrosas en suspensión (como los asbestos) que pueden causar problemas de salud. De forma general las matrices son resinas epoxi o poliéster. Las propiedades mecánicas son generalmente anisotrópicas y varían mucho según el grado de ordenamiento de las fibras en el interior del material: ordenadas uniaxialmente, parcialmente ordenadas y desordenadas. Las matrices poliméricas para los materiales compuestos reforzados con fibras suelen ser plásticos temoestables del tipo resinas de poliéster insaturadas o resinas epoxi que fueron estudiadas en el tema dedicado a polímeros. Las primeras fueron las que se comenzaron a utilizar hace unos 40 años, son más baratas, fáciles de maquinar, fáciles de curar a temperatura ambiente (aunque se pueden curar de forma acelerada a alta temperatura). Las resinas epoxi son ahora más comunes por las ventajas que presentan: mayor resistencia, menores modificaciones en la etapa de curado, mejor adherencia a las fibras, y se pueden
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS Fibra de polímeros. La fibra de poliaramida es una de las más comunes y el Kevlar49® es el nombre comercial más utilizado. Fueron introducidas por la Du Pont en 1972, también existe en Kevlar29®. El primero tiene baja densidad, alta solidez y alto módulo. La unidad química repetitiva de la cadena poliaramida es [-CO-φ1- 4 - CO-NH-φ1- 4 - NH-]n (para). Tienen matriz epoxi. Son muy comunes en la industria aeronáutica y aeroespacial pero están ganando mercado en otras aplicaciones como equipos deportivo de alta resistencia y bajo peso (p. ej. tablas de ski), cascos de barcos, y otras aplicaciones más puntuales como asientos a la medida, etc. Son muy tenaces y permiten la absorción de energía en impactos sin romperse. El KEVLAR49® es más resistente en algunas propiedades que el acero con E ∼ 200 GPa y 210 para el acero, pero la resistencia a la tensión es mayor que la del acero, 3.6 GPa frente a 2.8 GPa. Descompone antes de fundir lo que hace que no se pueda procesar por las técnicas normales. El nomex® es otra fibra de poliaramida pero con la sustitución en meta. Es mucho menos resistente pero puede sufrir mas deformaciones plásticas sin romperse. Esto lo hace mucho mas flexible, E ∼ 20 Gpa, por lo que se puede deformar mucho más. Este polímero se utiliza, por ejemplo, para trajes de bomberos y trajes espaciales. Además de las fibras comunes, hay materiales compuestos reforzados con whiskers. Esta microestructura son pequeños filamentos (prácticamente monocristales) producidos de tal forma que están casi libre de defectos. Whiskers monocristalinos de cerámicas tienen un tamaño de unos pocos milímetros de longitud y varias micras de diámetro. Tienen superficies muy planas y al estar libres de defectos las propiedades mecánicas son cercanas a las teóricas. Sin embargo, los costes de producción son altos y la unión con las matrices presentan dificultades técnicas. Hay whiskers de Al2O3, SiC, BeO, C grafito, etc. Actualmente, cada vez se utilizan más materiales reforzados con fibras que sean más baratos y de menor impacto medioambiental. Para ello se están reforzando muchos polímeros con fibras provenientes de productos naturales como el lino o la fibra de coco. Cada vez se utilizan más en la industria del automóvil donde según una directriz de la UE para el 2015 el 95 % de la masa de un coche debe ser reutilizable. Además, si las fibras de refuerzo vienen de vegetales, el impacto medioambiental total en la fabricación de las piezas es mucho menor.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS FASE MATRIZ La fase matriz, normalmente es un elemento líquido de no muy alta densidad y de carácter polimérico sintético, que engloba a la fase de refuerzo. En su mayor parte los materiales compuestos están formados por dos o mas fases. Una de ellas constituye una matriz continua que rodea a las demás actuando como un ligante, que configura geométricamente la pieza y da cohesión al material, uniendo y a su vez soportando a la otra fase (que constituye un refuerzo), protegiéndola, y manteniéndola en la posición correcta. En términos estructurales esta matriz se ocupa de transmitir y distribuir las cargas externas de unas fibras a otras hacia el refuerzo. La fase de refuerzo, por su parte, aporta la resistencia mecánica del material y se caracteriza por ser discontinua, dispuesta en forma de fibras. Clasificación por su matriz Los materiales compuestos se clasifican de acuerdo a la composición de su matriz de la siguiente manera:
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS BIBLIOGRAFIA ✓ http://fibraplus.com/las-fibras-vidrio-especiales/ ✓ http://todosobrelasfibrassinteticas.blogspot.com/2013/04/aramidas-nomex-y- kevlar.html ✓ https://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn114.html ✓ http://webdeptos.uma.es/qicm/Doc_docencia/Tema7_CM.pdf ✓ http://e-construir.com/materiales/compuestos.html ✓ https://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/13482/Elaboraci%C3%B3n% 0de%20materiales%20compuestos%20a%20base%20de%20fibras%20org%C %A1nicas%20con%20posibles%20aplicaciones%20aeron%C3%A1uticas.pdf?s equence=1&isAllowed=y ✓ https://portal.uah.es/portal/page/portal/GP_EPD/PG-MA-ASIG/PG-ASIG- 200637/TAB42359/Introducci%F3n%20Composites%20%28Alberto%20Moral %20%2B%20Marar%20Nogueira%29.pdf
