Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008 Dr. Néstor O. Fuentes Dr. Néstor O. Fuentes División Materiales Avanzados División Materiales Avanzados U. A. Materiales U. A. Materiales GAEN GAEN - - GIDAT GIDAT INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Introducción a la ciencia de los materiales compuestos; conceptos, usos, facilidades.
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U. A. Materiales U. A. Materiales GAEN GAEN -- GIDATGIDAT
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
¿Qué es un material compuesto?¿Qué es un material compuesto?
•• Combinación macroscópica de dos o mas Combinación macroscópica de dos o mas materiales distintos, que tienen una materiales distintos, que tienen una iterfaseiterfase reconocible entre ellos.reconocible entre ellos.
•• Es la combinación de dos o más Es la combinación de dos o más materiales de manera de obtener otro materiales de manera de obtener otro material con mejores propiedades.material con mejores propiedades.
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INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
¿Cuál es la idea esencial?¿Cuál es la idea esencial?
•• Utilizar las ventajas de un material (por Utilizar las ventajas de un material (por ejemplo alto módulo o resistencia) en ejemplo alto módulo o resistencia) en combinación con las ventajas de otro combinación con las ventajas de otro (como puede ser su baja densidad, (como puede ser su baja densidad, resistencia a la corrosión).resistencia a la corrosión).
•• Resistencia a mayores temperaturas.Resistencia a mayores temperaturas.
•• Mayor tenacidad a la fractura.Mayor tenacidad a la fractura.
•• Resistencia en direcciones Resistencia en direcciones preferenciales.preferenciales.
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INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
¿Cómo está formado un compuesto?¿Cómo está formado un compuesto?
En general se reconocen dos componentes En general se reconocen dos componentes fundamentales:fundamentales:
••Matriz: es la fase continua que envuelve Matriz: es la fase continua que envuelve al refuerzo; transmite los esfuerzos entre al refuerzo; transmite los esfuerzos entre los refuerzos.los refuerzos.
••Refuerzos: fibras o partículas; Refuerzos: fibras o partículas; normalmente mucho mas resistente que normalmente mucho mas resistente que la matriz.la matriz.
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¿De qué dependen las propiedades?¿De qué dependen las propiedades?
•• Propiedades específicas de la matriz y Propiedades específicas de la matriz y
los refuerzos.los refuerzos.
•• Volúmenes respectivos.Volúmenes respectivos.
•• Forma, tamaño, distribución y Forma, tamaño, distribución y orientación del refuerzo.orientación del refuerzo.
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Tipos de CompuestosTipos de Compuestos
• Compuestos de matriz polimérica (PMC = Polymer Matrix Composite)
Composites• Metal Matrix• Ceramic Matrix• Polymer Matrix
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Matriz de Polímero TermoestableMatriz de Polímero Termoestable
••Se usan en forma líquida.Se usan en forma líquida.••Fácil moldeo.Fácil moldeo.••Baja viscosidad.Baja viscosidad.••Buen mojado de fibras.Buen mojado de fibras.••Baja relajación por Baja relajación por creepcreep..
••Uso de Uso de prepre--impregnados con fibras. impregnados con fibras. (“prepregs”)(“prepregs”)
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PrepregPrepreg
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Conservación Conservación prepregsprepregs
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Curado en autoclaveCurado en autoclave
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Curado en autoclaveCurado en autoclave
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Matriz Polímero TermoplásticoMatriz Polímero Termoplástico•• Se calientan y moldean.Se calientan y moldean.
•• Son menos rígidas que las termoestables.Son menos rígidas que las termoestables.
•• Bajo costo y rápido moldeo.Bajo costo y rápido moldeo.
•• En general con fibras cortas.En general con fibras cortas.
Otra clasificaciónOtra clasificación•• Reforzados con partículasReforzados con partículas
••Son los refuerzos más importantes en Son los refuerzos más importantes en
compuestos.compuestos.••Tipos de fibras: Grafito, Carbono, Vidrio,Tipos de fibras: Grafito, Carbono, Vidrio,Boro, Boro, AramidaAramida ((KevlarKevlar).).
••Fibras cortas o fibras continuas.Fibras cortas o fibras continuas.••ObjetivoObjetivo: Baja Densidad + Alta resistencia: Baja Densidad + Alta resistencia
del compuesto.del compuesto.
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Efecto de la concentración de fibrasEfecto de la concentración de fibras
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Longitud crítica de las fibrasLongitud crítica de las fibras
c
f
τ
σ
2
d15L
*
c>
Resistencia a la tracción de la fibraResistencia a la tracción de la fibraDiámetro de la fibraDiámetro de la fibra
Tensión de corte interfacialTensión de corte interfacial
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Efecto de la relación de aspecto de las Efecto de la relación de aspecto de las fibrasfibras
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Efecto diámetro fibrasEfecto diámetro fibras
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IsotropíaIsotropía
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Ventajas y desventajas de distintas Ventajas y desventajas de distintas fibrasfibras
Fibra Ventajas Desventajas
Visrio E-S Alta Resistencia,
Bajo Costo
Baja Rigidez,
Fatiga
Aramida
(Kevlar)
Alta Resistencia,
Baja Densidad
Baja Resist.
Compr., Alta
absorción
humedad
Carbono Alta Resistencia
y Rigidez
Alto costo
Carbono UAM Altísima Rigidez Alto costo
*
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Comparación de fibrasComparación de fibras
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Descripción teóricaDescripción teórica
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Descripción teóricaDescripción teórica
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ForceForce actingacting
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ForceForce resultantresultant
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ForceForce andand MomentMoment in in plyply
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ForceForce andand MomentMoment in in laminatelaminate
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Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
Chalecos antibalasChalecos antibalas
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Fibra de carbono + Fibra de carbono + Fibra de vidrioFibra de vidrio
Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
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Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
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Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
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LaminaciónLaminación
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LaminaciónLaminación
Colocación de Colocación de desmoldantesdesmoldantes.. Colocación del “prepreg”.Colocación del “prepreg”.
Colocación de “ply” y “bleeder”.Colocación de “ply” y “bleeder”. Armado de saco de vacío.Armado de saco de vacío.
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LaminaciónLaminación
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LaminadosLaminados
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LaminadosLaminados
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LaminadosLaminados
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HoneycombHoneycomb
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HoneycombHoneycomb
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Estructuras sándwichEstructuras sándwichLaminadoLaminado con con diferentediferente
secuenciasecuencia de de apilamientoapilamiento
honeycomb
Capa adhesiva
laminado
�
PanelesPaneles SandwichSandwich
•• Honeycomb; Honeycomb; bajabaja densidaddensidad•• BeneficiosBeneficios: : bajobajo peso, peso, altaalta resistenciaresistencia a la a la flexiónflexión
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Estructura sándwichEstructura sándwich
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Estructura sándwichEstructura sándwich
Saco para curado del panel.Saco para curado del panel. Retiro del panel.Retiro del panel.
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Estructura sándwichEstructura sándwich
Retiro de las telas Retiro de las telas desmoldantesdesmoldantes
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Estructura sándwichEstructura sándwich
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Los ProcesosLos ProcesosMolde abierto y molde cerrado.Molde abierto y molde cerrado.
Procesos a Molde AbiertoProcesos a Molde AbiertoCon autoclave y sin autoclave.Con autoclave y sin autoclave.
Caracterización por imágenesCaracterización por imágenes
Técnica RIMAPS.Técnica RIMAPS.
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Caracterización por imágenesCaracterización por imágenes
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180
simetrica
solapado
asimetrica
Gráficos RIMAPS con los resultados del análisisGráficos RIMAPS con los resultados del análisisde probetas con direcciones de laminación a 45º.de probetas con direcciones de laminación a 45º.
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UltrasonidoUltrasonido
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UltrasonidoUltrasonido
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TermografíaTermografía
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SensoresSensores de potencial eléctricode potencial eléctrico