Los materiales compuestos son aquellos formados por dos o más componentes, diferenciados a nivel macroscópico que se unen mecánica o químicamente. Es decir, los componentes que lo conforman son visualmente distinguibles, ya que es una mezcla heterogénea y mecánicamente separable.
Sin embargo, mezclar dos materiales no conduce directamente a la creación de un material compuesto. Para que esto ocurra, debe existir una sinergia entre los componentes. En otras palabras, el producto final tiene propiedades mecánicas superiores a la simple suma de las propiedades particulares de los componentes. Además, los materiales multifásicos en los que la composición de las fases cambia durante un tratamiento térmico (como las aleaciones metálicas) no se consideran materiales compuestos.
Actualmente, relacionamos los compuestos con industrias y aplicaciones de vanguardia e innovadoras, como la aviación, los súper deportivos o las aplicaciones espaciales. Sin embargo, son productos que podemos encontrar comúnmente en casi cualquier escenario cotidiano y desde hace mucho tiempo. Los adobes, la madera, las construcciones de piedra o los propios huesos son materiales compuestos.
¿Sabías que la primera aplicación conocida de materiales compuestos para la fabricación de herramientas fueron los arcos japoneses Yumi?
Para fabricar estos arcos utilizaban bambú para aportar las características de flexibilidad con resina de pino, un componente utilizado para rigidizar el producto. Por otro lado, la cuerda era un compuesto de cáñamo, resina de pino y aceite vegetal.
Volviendo al presente, construimos con vigas de hormigón armado y nos bañamos en piscinas de fibra de vidrio, todo esto, material compuesto.
En IBERIA COMPOSITECH nos dedicamos al diseño y fabricación de compuestos de polímeros reforzados con fibra (FRP), aplicando las tecnologías más vanguardistas disponibles. Es para este grupo de materiales compuestos donde la sinergia que se produce entre la matriz y el refuerzo es más evidente.
Propiedades de los materiales compuestos
A la baja densidad del producto final, debemos sumar las altas propiedades específicas (superiores a las de los metales), buena estabilidad dimensional y resistencia química, al fuego, a la corrosión y al desgaste. Además de estas características, estos materiales compuestos tienen ventajas asociadas a su conformación, en la que encontramos gran flexibilidad de diseño a un precio asequible.
Estos compuestos están formados por una matriz polimérica y un refuerzo en diversos formatos y materiales. La matriz aporta al producto final propiedades de adhesión, resistencia a la compresión, dureza, temperatura máxima de trabajo y apariencia visual. Mientras que el refuerzo contribuye a las características de resistencia a la tracción, rigidez, resistencia al impacto y otras propiedades especiales.
En cuanto a los refuerzos, podemos encontrarlos en formatos de partícula o fibra. Dependiendo de su longitud, se categorizan en whiskers para fibras menores a 1,2 cm; cortas, menores a 6 cm y largas. Estas últimas aportan las mejores propiedades mecánicas respecto a las otras dos. Además, dependiendo de la disposición dimensional respecto a la pieza, lograremos unas propiedades u otras, generando piezas con anisotropía plana si se requiere. De esta manera, la optimización de peso en busca de propiedades mecánicas es excelente.
Tipos de materiales compuestos
Los materiales utilizados para los refuerzos son tan diversos como las aplicaciones existentes. La fibra de vidrio, la fibra de carbono o la fibra de aramida (Kevlar) son las más conocidas. Sin embargo, también es interesante el uso de fibras poliméricas, cerámicas, metálicas y especialmente las fibras naturales, capaces de ser recicladas.
Para las matrices poliméricas, el tipo de plástico comúnmente utilizado es el termoestable. Este tipo de polímero se degrada al alcanzar cierta temperatura. Por otro lado, encontramos matrices termoplásticas. Estas últimas, a pesar de tener peores propiedades mecánicas, son capaces de fundirse y remoldearse para formar otra pieza.
Los materiales compuestos basados en termoestables con fibras de vidrio o carbono representan la composición típica de la mayoría de las aplicaciones actuales de materiales compuestos. La optimización continua de los materiales y la aparición de nuevos procesos han permitido que los materiales compuestos entren en sectores cada vez más exigentes que requieren desarrollos específicos de alta tecnología.
En general, los mercados de aplicación dominantes para los plásticos reforzados con fibra y sus porcentajes relativos son los siguientes: sector automotriz (23%), construcción civil (21%), aeronáutica (17%) y deportes y recreación (9%).
El resto se divide en aplicaciones de menor consumo en los campos de la energía eólica, la medicina, los ferrocarriles, la construcción naval, los bienes de consumo y los productos electrónicos.
Si deseas profundizar en el mundo de los compuestos y sus procesos de fabricación, en esta sección te contamos algunas de las tecnologías con las que trabajamos.
