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Materiales compuestos son toda aquella combinación de materiales a partir de la unión de dos o más componentes. Dando lugar a un nuevo material con propiedades y características especificas. Estos materiales están formados por dos fases. La matriz y el refuerzo.

La matriz de un material compuesto es la fase que tiene carácter continuo y es la responsable de las propiedades físicas y químicas. Transmite los esfuerzos al agente reforzante. También lo protege y da cohesión al material.

El refuerzo, referido a materiales compuestos, se define como la fase que le otorga al material las propiedades mecánicas.

Según esta definición, como materiales compuestos puede haber infinidad de ellos. De entre todas las clasificaciones de tipos de materiales compuestos según su clasificación por matriz, se hará únicamente referencia al material compuesto de matriz polimérica: Son materiales, cuya matriz está formada por un polímero y el refuerzo es algún tipo de fibra, ya sea sintética o inorgánica. Sus principales características son:

  • Buenas propiedades mecánicas,
  • Resistentes a la corrosión y agentes químicos,
  • Poseen una gran libertad a la hora de ser moldeados en distintas formas.

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Escultura en fibra de carbono

Tipos de materiales de refuerzo:

 

Fibra de vidrio

 
Las fibras de vidrio están generalmente compuestas por Sílice, combinado con diferentes óxidos. Los enlaces covalentes de estas fibras la dotan de gran resistencia, sus principales propiedades son:

  • Gran resistencia mecánica
  • Resistente a los agentes químicos
  • Incombustible
  • Posee una elevada adherencia a la matriz
  • Buen aislante eléctrico

Fibra de carbono

 
Sin duda se trata de un material en auge, sobretodo en ámbitos de competición. Las fibras de carbono combinadas con matrices epoxi resultan materiales compuestos que poseen una resistencia y modulo de elasticidad fuera del alcance de otras fibras. Propiedades:

  • Gran resistencia y rigidez
  • Buen comportamiento ante la fatiga
  • Bajo coeficiente de dilatación térmica
  • Elevada resistencia química
  • No se ve afectado por el contacto con el agua de mar

Fibras sintéticas

 
Más conocidas por su nombre comercial Kevlar, sus usos se centran en campos que requieran de una alta resistencia a la tracción con un peso bajo y una gran resistencia al impacto. Propiedades:
 

  • Alta resistencia a la tracción
  • Buena resistencia a la fatiga
  • Auto extinguible
  • La rotura se produce progresivamente
  • Menor densidad respecto a todas las fibras sintéticas
  • Excelente comportamiento a la corrosión en cualquier ambiente.



Según la orientación de los hilos se pueden clasificar en:

 

Unidireccionales: Hilos en una única dirección

  • Altas fuerzas y rigideces en una única dirección
  • Bajo peso de las fibras
  • Uso extendido

Bidireccionales: Entramado de hilos en dos direcciones a 90º

  • Fuerza y rigidez en dos direcciones
  • Características de manejo muy buenas
  • Buena caída
  • Diversas posibilidades de disposición en el tejido
  • Posibilidad de mezclar fibras
  • Pesos reducidos
       

      • Tejido plano: Es aquel donde cada hilado longitudinal y transversal pasa por encima de un hilo y por debajo del próximo. Esta construcción proporciona una tela reforzada que es ampliamente usada en aplicaciones generales y garantiza laminados de espesor predecible. Este tipo de tela es muy estable, por lo que difícilmente distorsione.
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      • Tejido Cruzado: El número de hilados longitudinales que pueden pasar sobre los transversales (y recíprocamente) pueden variarse, dando distintas construcciones de tejidos cruzados. Los tejidos cruzados se marcan más fácilmente que los tejidos planos y son fácilmente humedecidos.
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      • Tejido Satinado: En las telas del tejido satinado el entrelazado es similar al del cruzado, aunque el número de hilados longitudinales y transversales que pasan recíprocamente por encima y por debajo, antes del entrelazado, es mayor. Por lo tanto, un lado del tejido se construye principalmente con fibras longitudinales, y el otro lado, con transversales, lo cual da un tejido desbalanceado que tendera a distorsionar antes del curado. Por esta razón es necesario equilibrar las telas. Tiene un excelente acabado superficial.


    Resinas de Impregnación

     
    Son aquellas que están destinadas a impregnar “mojar” las telas de laminación, una de la más popular es la resina epoxi, la cual tiene la ventaja de poseer una buena resistencia estructural junto con la propiedad de soportar temperaturas relativamente altas. Son adhesivas por excelencia.

    La mayoría de los sistemas de adhesivos o relleno en pasta tienen a la resina epoxi como base, esto asegura que no tendremos ningún problema de compatibilidad cuando las usemos en operaciones posteriores de relleno y colocado de adhesivo.

    Los sistemas de resina epoxi constituyen una combinación de varios elementos químicos. Cuando estos se mezclan comienza una reacción que aglutina las moléculas y origina que la resina se convierta en un sólido, manteniendo el componente rígido, y distribuyendo la carga transfiriéndosela a las fibras.

    Debemos tener muy en cuenta que los materiales compuestos se producen justo al final del proceso de manufactura de la pieza. Recién cuando el conjunto está curado podemos verificar los atributos o propiedades finales del compuesto.

     
    Equilibrio entre Capas

    El equilibrio de las capas de un laminado es un detalle que no debemos descuidar para obtener una resistencia uniforme, tener siempre en cuenta que el posicionamiento de la primera capa debe ser igual a la última capa. Estableceremos que las fibras longitudinales tienen una orientación a 90 y las transversales 0.

    Para mejorar la resistencia en otras direcciones debemos agregar las +- 45. Con el fin de producir un laminado balanceado este debe verse reflejado como en un espejo alrededor de su plano medio o eje. Esto se logra trabajando a partir del medio, haciendo lo mismo para un lado que para el otro.