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Materiales Compuestos

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by

Marco Cardoso Moreno

on 12 November 2013

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Transcript of Materiales Compuestos

Cardoso Moreno Marco Antonio
Medina Bejarano Eduardo Antonio

REFORZADOS CON PARTÍCULAS
APLICACIONES EN AERONAUTICA MILITAR
APLICACIONES EN AEROESPACIAL
Introducción
Materiales
compuestos

DEFINICIÓN
Sistema de Materiales constituido por
una mezcla o combinación de dos
macro o microconstituyentes que difieren en
forma y composición química,
y que son especialmente insolubles entre sí.
¿Qué se busca?
Al crear dicha mezcla, se busca que las propiedades del material sean mejores que las de sus componentes. En aeronáutica se busca baja densidad, resistencia al impacto, abrasión y corrosión, entre otras propiedades.
Fase Matriz y Fase dispersa
Clasificación
REFORZADOS CON PARTÍCULAS GRANDES
Las interacciones matríz-partícula no se pueden describir a nivel molecular.
Fase dispersa es más dura y resistente que la matríz.
CONSOLIDADOS POR DISPERSIÓN
Partículas 10 a 100 nm de diámetro.
Interacciones a nivel molecular.
Aumento de límite elástico,dureza y resistencia a la tracción.
APLICACIONES EN AERONÁUTICA CIVÍL
AIRBUS A340
4000 Kg de MC (13%)
Depósito de combustible integrado en los estabilizadores que nivela la carga para eficiencia en el vuelo
Fibra de Carbono/Epoxi
BOEING 777
Airbus a300-600 ST
BOEING 787
AIRBUS A350
787 VS A350
Transbordador X34
Satélite de Comunicaciones
F-22 RAPTOR
MATERIALES COMPUESTOS REFORZADOS CON FIBRAS
Son los más importantes tecnológicamente hablando.

Se busca conseguir alta resistencia y rigidez a baja densidad, esto se expresa mediante LA RESISTENCIA ESPECIFICA (resistencia a la tracción y peso específico) Y EL MODULO ESPECIFICO (modulo de elasticidad y peso específico).

Se usan materiales de bajas densidades (matriz y partículas) con resistencia y modulo específico muy elevados.

INFLUENCIA DE LA LONGITUD DE LA FIBRA
ORIENTACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE LA FIBRA
MATERIALES COMPUESTOS AVANZADOS
EL TERMINO MATERIALES COMPUESTOS AVANZADOS SE UTILIZA CUANDO SE PRETENDE QUE EL MATERIAL COMPUESTO DE SERVICIO EN APLICACIONES MUY CRITICAS, COMO POR EJEMPLO LA INDUSTRIA AEROESPACIAL. POR LO GENERAL SON MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÈRICA REFORZADOS CON UN POLIMERO, METAL O FIBRAS CERAMICAS DE ALTA RESISTENCIA.
APLICACIONES MATERIALES COMPUESTOS AVANZADOS
La disposición u orientación relativa de las fibras unas con respecto a otra, la concentración de la fibra y su distribución tienen influencia significativa en la resistencia y en otras propiedades de estos materiales.
CLASIFICACIÓN DE FIBRAS
PROPIEDADES DE LAS MATRICES
LA MATRIZ SOPORTA LAS FIBRAS Y LAS MANTIENE EN SU POSICIÓN CORRECTA,TRANSFIERE LA CARGA A LAS FIBRAS FUERTES,PROTEGE LAS FIBRAS CONTRA DAÑOS DURANTE SU MANUFACTURA Y USO EN EL MATERIAL COMPUESTO Y EVITA LA PROPAGACIÓN DE GRIETAS Y EN LAS FIBRAS HACIA TODO EL MATERIAL COMPUESTO.
MATRICES
TIPOS DE MATRICES
MATRIZ POLIMERICA
Matriz de resina polimérica,
con fibra como medio de refuerzo.
Buenas propiedades a temperatura ambiente, facilidad de fabricación y bajo costo.
TIPOS DE REFUERZO
FIBRAS DE VIDRIO
Consiste en fibras de vidrio (continuas o discontinuas) contenidas en una matriz polimérica.
El diámetro de fibra oscila entre 3 y 20 micrometros.
Este tipo de materiales tiene limitaciones, pues a pesar de tener alta resistencia, no tienen la rigidez necesaria para tener un uso de tipo estructural
APLICACIONES
Carrocerías de automóviles
y navíos.
Pisos industriales.
Tuberías de plástico.
La industria automotriz está explorando nuevas aplicaciones
para estos materiales.
FIBRAS DE CARBONO
Es un material de alto rendimiento.
Es el más ocupado en materiales compuestos avanzados de matriz polimérica (no fibra de vidrio).
Módulo y resistencia específicos muy elevados.
Alto módulo y resistencia a la tracción aun a altas temperaturas.
Fácil oxidación a altas temperaturas
APLICACIONES
Equipo deportivo (palos de golf, caña de pescar)
Filamentos internos de los recubrimientos de cohetes espaciales.
Componentes estructurales de aeronaves (ala fija y ala rotatoria) en alas, fuselaje, estabilizadores y timón.
FIBRA DE ARAMIDA
Excelente relación "resistencia-peso", superior a la de los metales.
Ejemplos de estos materiales son el Kevlar: 29, 49 y 129.
Materiales más comunes: epoxicos y poliesteres.
Buena tenacidad, resistencia al impacto, resistencia a la fatiga.
APLICACIONES
Artículos de balística (chalecos a prueba y blindajes)
Artículos deportivos.
Neumáticos.
Carcasas de misiles
150 piezas fabricadas con fibra de carbono, en el motor y la estructura
MATRIZ METÁLICA
COMO LO DICE SU NOMBRE, EN LOS MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ METALICA(MMC), LA MATRIZ ES UN METAL DUCTIL.
SUS VENTAJAS CON RESPECTO A LOS DE MATRIZ POLIMERICA SON MAS ALTAS TEMPERATURAS DE OPERACION, ININFLAMILIDAD Y MAYOR RESISTENCIA A LA DEGRADACION DE FLUIDOS ORGANICOS
APLICACIONES
APLICACIONES ESTRUCTURALES EN LA INDUSTRIA AEROESPACIAL, UTILIZANDO FIBRAS DE BORO EN EL TRANSBORDADOR Y FIBRAS DE GRAFITO EN EL TELESCOPIO HUBBLE
MATRIZ CERAMICA
ESTOS TIENEN COMO MATRIZ MATERIALES CERAMICOS QUE SON POR NATURALEZA RESISTENTES A LA OXIDACION Y AL DETERIORO A ELEVADAS TEMPERATURAS.
Flaps Carbono-Aramida-Epoxi
Timon de dirección Carbono-Epoxi.
Suelo de soporte de carga: estructura sandwich de núcleo de nido de abeja y pieles de fibra de vidrio
Estructura hecha íntegramente de materiales compuestos
Estructura secundaria de fibra de carbono/epoxi.
Por cada 0.5 kg de MC ahorro de $10 mil USD
HÍBRIDOS
Dos o más tipos de fibras en una sóla matriz.
Mejores propiedades mecánicas.
Más común el híbrido vidrio-carbono.
Aplicaciones:
Componentes estructurales en transporte.
Artículos deportivos.
Componentes ortopédicos de poco peso.
ESTRUCTURAS
SANDWICH
TIPO PANAL DE ABEJA
ESTA FORMADA O COMPUESTO POR UNA PARTE CENTRAL O NUCLEO ENTRE DOS DELGADAS CAPAS EXTERNAS Y SON MUY UTILIZADOS EN INGENIERIA.
se ha utilizado como material de construccion basico en la industria aeronautica y aeroespacial, casi la mayoria de las aeronaves tienen este tipo de material. La mayoria de estos estan construidos de aluminio 2024 y 5052 reforzados con fibras aramida.
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