TEXTILES TÉCNICOS PARA REFUERZO EN MATERIALES COMPUESTOS (COMPOSITES)

Transcripción

1 TEXTILES TÉCNICOS PARA REFUERZO EN MATERIALES COMPUESTOS (COMPOSITES) Qué es una material compuesto? La definición general de material compuesto sería, aquel que está formado por la combinación de diferentes componentes de tal manera que se consigue un efecto sinérgico de las propiedades finales, obteniéndose materiales con prestaciones muy superiores a las de los componentes individuales. Composite: Madera-corcho-caucho Una vez definido esto pasemos a ver qué relación se presenta entre el textil y el mundo de los composites. Teniendo en cuenta que los materiales de un composite son: una matriz, que se encarga de actuar como soporte del elemento (y que en la mayoría de las ocasiones puede ser de origen polimérico) y un componente de refuerzo que aporta las características mecánicas y que habitualmente se presenta en forma de tejido o fibras, nos da la vinculación de esta tecnología con el mundo textil. Los materiales compuestos nos dan una excelente combinación de características mecánicas (debido a la alta direccionabilidad del componente resistente) unidas a un bajo peso (materiales muy ligeros), proporcionando además una relativa facilidad de procesado y obtención de formas de relativa complejidad. Las características generales que nos dan los materiales compuestos son: Elevada resistencia mecánica frente a esfuerzos de tracción y flexión, mucha ligereza, alta estabilidad dimensional, resistencia a agentes químicos y atmosféricos, posibilidad de aislamiento térmico, acústico y eléctrico, baja transmisión de vibraciones y buen comportamiento a la fatiga y una elevada resistencia térmica y buen comportamiento a la llama. 1

2 Las fibras empleadas en la fabricación de composites pueden ser filamento continuo o bien fibra cortada en pequeños trozos, llamados WHISKERS. Las características mecánicas alcanzables con estas son diferentes, así los niveles de ISOTROPÍA (que más tarde explicaremos) que se pueden conseguir también son diferentes. La clasificación de las fibras utilizadas como componentes de refuerzo en la fabricación de composites se dividen en orgánicas e inorgánicas (dentro de estas últimas, las subdividiremos en cerámicas y metálicas). Entre las orgánicas encontramos p-aramidas, m-aramidas, polietileno, carbono, LPC, etc ; como inorgánicas podremos encontrar vidrio, carbono, basalto, boro, etc ; y en cuanto a las inorgánicas de origen cerámico, carburo de silicio, alúmina, etc... Por último entre las más corrientes de las inorgánicas metálicas, acero y aluminio. El principal inconveniente que presentan las fibras en la fabricación de piezas para ingeniería es el mantenimiento de la forma, de ahí que sea necesario el empleo de una matriz que actúa como soporte de las mismas. Kevlar Carbono Fibras cerámicas de Aluminia Fibras metálicas para refuerzo de hormigón 2

3 Por su parte como matrices vamos a encontrar tres tipos: Metálicas, cerámicas y poliméricas, siendo estas últimas las más utilizadas y con más relaciones con el mundo textil. Se encuentran principalmente tres tipos: termoplásticas, termoestables y elastómeros. Como ejemplos principales de matrices termoplásticas encontramos al epoxi, poliéster y viniléster, fenólicas, PI/PBI. Por su parte entre las termoestables, PA6, PA66, PET, PBT, PC, POM y finalmente como elastómeros matrices, el caucho natural. Estructura resina Epoxi (Termopástica) Resina termoestable PET (Polietilen tereftalato) La aplicación de fibras o de laminas textiles, sean tejidos o no tejidos como componentes de refuerzo de un composite, basan su importancia principal, aparte de las propiedades intrínsecas de las fibras que lo componen, en la isotropía, esto es: debido a su comportamiento marcadamente direccional, esta alta direccionalidad en las fibras da lugar a materiales con comportamiento anisotrópico de tal manera que es necesario recurrir a la fabricación de laminados para conseguir un buen comportamiento isotrópico. Es posible conseguir composites altamente isotrópicos con el empleo de laminados con fibra larga continua en diferentes direcciones o con el empleo de fieltro o mat de fibra corta. Esto al final permite que ante un determinado trabajo o esfuerzo aplicado al producto compuesto, sea ese esfuerzo distribuido en todas direcciones posibles entre la matriz y el elemento de refuerzo, siendo este último el que aguantará un porcentaje más alto. 3

4 Isotropy examples. Otra de las tipologías en las que se puede presentar un material compuesto es en paneles tipo sándwich con núcleo en forma nido de abeja, donde lo que se pretende es la consecución de estructuras muy resistentes a la flexión y con elevado grado de rigidez, pero con un peso final muy contenido, entre otras de las características que aporta este tipo de estructura (como podría ser: elevado aislamiento térmico y eléctrico). El proceso para la fabricación de un composite implica una serie de etapas; estas son la impregnación del componente de refuerzo con la matriz polimérica, el moldeo y adaptación a las formas deseadas y el curado o polimerización del compuesto. Para el moldeo podremos 4

5 utilizar una serie de procedimientos como el contacto manual, la pultrusión, moldeo por compresión en caliente, moldeo en autoclave, etc.. El curado del elemento compuesto se realizara en autoclave, con unas determinadas condiciones de presión y temperatura que nos darán las características finales necesarias demandas para el composite creado. Gran parte de las nanotecnologías se basa en el desarrollo de nanotubos de carbono o fullerenos, estructuras de carbono formando mallas hexagonales que pueden dar lugar a la formación de tubos a escala manométrica con infinitas posibilidades, tanto por las características mecánicas de los tubos (fabricación de nanofibras) como por las posibilidades de incorporar en el interior determinados componentes que aporten ciertas propiedades (nanoencapsulados). Lo que nos permitirá la creación de nanocomposites, aunque se está todavía en fase de estudio y todavía no se pueden dar resultados concluyentes. Ejemplo de Fullerenos. Si bien inicialmente se trataba de un grupo de materiales con aplicaciones en sectores de tecnología de vanguardia (aeronáutica y aeroespacial, satélites, etc ) en la actualidad invaden las aplicaciones industriales y de uso cotidiano y han desplazado a los metales y cerámicas en muchas de sus aplicaciones tradicionales, estas son las más importantes actualmente: Automoción con la utilización para la construcción de carrocerías y exteriores, piezas interiores y estructurales. Sector aeronáutico, estabilizadores, timones, fuselajes, tanques de combustible, partes del motor, etc 5

6 Aplicaciones electrónicas-eléctricas: placas de circuitos electrónicos, parabólicas, soporte de catenarias de conducción, carcasas aislantes, etc.. En sanidad: prótesis, mascaras faciales, pulmones de acero, extremidades ortopédicas. 6

7 Ámbito deportivo de alto nivel: raquetas, palos de golf, cascos, cañas de pescar, esquís, mástiles de barcos, etc.. Sector ferroviario: Marcos de ventanas, tapas, tabiques, cuadros de mandos, carenados, componentes de carrocerías. Y finalmente en electrodomésticos como: planchas, cafeteras, partes de lavadora, bases de frigoríficos, sistemas de aire acondicionado, etc Veamos algunos ejemplos más de aplicaciones: 7

8 Paneles compuestos; espuma de poliuretano Electrodomésticos nueva generación. Autor: Robert Borrás Beneito Técnico Superior Textil 8