Composites Fabricación de composites

Composites
Los materiales de composite o composites son materiales formados por varios componentes
sintéticos mezclados heterogéneamente y que forman un compuesto. Estos componentes pueden
ser de dos tipos: los de cohesión y los de refuerzo. Los componentes de cohesión envuelven y unen
los componentes de refuerzo (o simplemente refuerzos) manteniendo la rigidez y la posición de
éstos. Los refuerzos confieren unas propiedades físicas al conjunto tal que mejoran las propiedades
de cohesión y rigidez. Así, esta combinación de materiales le da al compuesto unas propiedades
mecánicas notablemente superiores a las materias primas del que procede.
El adobe, formado por arcilla y paja, es el composite más antiguo que conocemos y que hasta hace
poco era utilizado en la construcción de viviendas. Macroscópicamente la arcilla (cohesión) se
distingue de la paja (refuerzo) pero la mezcla heterogénea tienen unas propiedades mecánicas
mejores de sus respectivos componentes individuales. Otro ejemplo claro lo podemos encontrar en
los cimientos de los edificios: hormigón reforzado con una matriz de acero corrugado (red de
alambre), los innovadores cimientos de goma y muelles de Japón para amortiguar los terremotos
(aislamiento sísmico). Los composites se utilizan en la industria aeroespacial y aeronáutica para
aligerar el peso de la estructura y revestimiento de satélites, transbordadores y aviones.
Fabricación de composites
Existe un amplio abanico de industrias que se dedican a la fabricación de composites:
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Hay composites que se usan para el empastado y remodelación de dientes.
Los tubos de lanzagranadas y de mortero en el ámbito militar o los mástiles de regatas
están hecho de fibras de hilo urdido en diagonal embebidas en una resina termoestable.
La cubierta de las ruedas de cualquier vehículo, los maguitos (o tubos) del circuito de agua
de un motor de combustión interna refrigerado por agua, están hechos de caucho reforzado
de fibras.
La carpenta y revestimiento de aviones, helicópteros, cohetes espaciales están formados por
cajones y paneles de fibra de vidrio o fibra de carbono.
La fabricación de grandes recipientes de plástico en los que se envuelven con fibra.
Materiales de construcción: agregados de áridos, asfalto, cerámicas y cementos.
Kevlar
El Kevlar® o poliparafenileno tereftalamida es una poliamida sintetizada por primera vez por la
química Stephanie Kwolek en 1965, quien trabajaba para DuPont. La obtención de las fibras de
Kevlar fue complicada, destacando el aporte de Herbert Blades, que solucionó el problema de qué
disolvente emplear para el procesado. Finalmente, DuPont empezó a comercializarlo en 1972.
Esencialmente hay dos tipos de fibras de Kevlar: Kevlar 29 y Kevlar 49. El Kevlar 29 es la fibra
tal y como se obtiene de su fabricación, y se usa típicamente como refuerzo en tiras por sus buenas
propiedades mecánicas, o para tejidos. Entre sus aplicaciones está la fabricación de cables, ropa
resistente (de protección) o chalecos antibalas. El Kevlar 49 se emplea cuando las fibras se van a
embeber en una resina para formar un material compuesto. Las fibras de Kevlar 49 están tratadas
superficialmente para favorecer la unión con la resina. El Kevlar 49 se emplea como equipamiento
para deportes extremos, para altavoces y para la industria aeronáutica.
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Fibra de carbono
Se denomina fibra de carbono a un material compuesto no metálico de tipo polimérico. Está
compuesto por una matriz -parte del material llamada fase dispersante que da forma a la pieza,
también llamada resina- que contiene un refuerzo -o fase dispersa- a base de fibras, en este caso de
carbono -cuya materia prima es el polietilnitrilio-. Es un material muy caro, de propiedades
mecánicas elevadas y ligero. Al igual que la fibra de vidrio, es un caso común de metonímia, en el
cual se le da al todo el nombre de una parte, en este caso el nombre de las fibras que lo refuerzan.
Al tratarse de un material compuesto en la mayoría de los casos -aproximadamente un 75%- se
utilizan polímeros termoestables. El polímero es habitualmente resina epoxy, de tipo termoestable.
Las propiedades principales de este material compuesto son:
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Elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado.
Baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo el acero.
Elevado precio de producción.
Resistencia a agentes externos.
Gran capacidad de aislamiento.
Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma.
Buenas propiedades ignífugas.
Las razones del elevado precio de los materiales realizados en fibra de carbono se debe a:
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El refuerzo, fibra, es un polímero sintético que requiere un caro y largo proceso de
producción.
El uso de materiales termoestables dificulta el proceso de creación de la pieza final, ya que
se requiere de un complejo utillaje especializado, como el horno autoclave.
Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y automovilística, al igual que en barcos y
en bicicletas, dónde sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes. También se está
haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patínes en línea, ordenadores
portátiles, trípodes y cañas de pesca.
Estructura y propiedades
La estructura atómica de la fibra de carbono es similar a la del grafito, consistene en láminas de
átomos de carbono arreglados en un patrón regular hexagonal. La diferenci recae en la manera en
que esas hojas se intercruzan. El grafito es un material cristalino en donde las hojas se sitúan
paralelamente unas a otras regularmente. Las uniones químicas entre las hojas es relativamente
débil, dándoles al grafito su blandura y brillo característicos. La fibra de carbono es un material
amorfo: las hojas de átomos de carbono están azarosamente foliadas, o apretadas, juntas. Esto
integra a las hojas, previniendo su corrimeinto entre capas e incrementando grandemente su
resistencia.
La densidad de la fibra de carbono es de 1.750 kg/m3. Es dieléctrico y de baja conductividad
térmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace más grueso y corto.
Naturalmente, las fibras de carbono son negras, pero recientemente hay disponible fibra coloreada.
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