El comportamiento de los materiales compuestos con fibra de carbono

Generalidades

Los desarrollos actuales de las técnicas de producción para Polímeros Reforzados con Fibras (FRP) han progresado a tal nivel que estos una vez referidos como materiales "de la edad del espacio" son ya utilizados para la industria de la construcción dada la relación costo – beneficio , el hombre necesita disponer de materiales con una combinación de propiedades superior a la que proporcionan los materiales convencionales, como se ha puesto de manifiesto con frecuencia en la industria aeronáutica y aeroespacial, del automóvil o en la Industria deportiva. Esta necesidad ha sido cubierta en buena parte con el desarrollo de los materiales compuestos que permiten diseñar a priori nuevos materiales con un conjunto de propiedades específicas que se ajustan a los requerimientos técnicos.

Estos materiales son ciertamente más durables y eficientes que los convencionales, pero presentan ciertas dificultades en sus confecciones, es oportuna de mencionar que en Cuba existe una empresa que se dedica al uso de alguno de estos materiales compuestos como la de la fibra de vidrio, no obstante hay varios países con amplio conocimiento de la temáticas que tienen compañías especializadas en el estudios del comportamiento de estos materiales, por ejemplo la Sika, etc. Las formas de conocer la conducta de dichos materiales, es mediante programas de modelación numérica, estudios experimentales, como medio de solución de las dificultades, vienen las teorías que se ocupan de estudiar estos materiales, de ahí que se han desarrollado y utilizado modelos para describir el comportamiento de un medio en general, son unas de las tareas científicas más importantes a acometer en la actualidad. Por tanto se ha tenido en cuenta establecer un proceso de diseño y análisis de las mismas.

Conceptos y definiciones de los materiales compuestos con fibra de carbono

El material compuesto no es más que la combinación de dos o más materiales insolubles entre sí y que se obtiene de una unión por medio de una mezcla, manteniendo íntegro cada componente.

Este material consta de un aglutinante como matriz (materiales continuas) y otro u otros como refuerzos (materiales discontinuas) de diferentes formas geométricas y con una determinada proporción entre ellos, para obtener características y propiedades específicas. Según los términos mecánicos, se define un compuesto, cuando las funciones materiales no sólo dependen de la posición espacial (medio heterogéneo) sino también ellas son funciones discontinuas. [18]

Consultando diferentes bibliografías existen, nacional ver tesis de (Liliana, Araya, 2009) e internacionales, la más abarcadora es la siguiente: Plantea que dentro del mundo de los materiales compuestos se incluyen los llamados materiales compuestos avanzados. Un material compuesto avanzado es aquél en el que el refuerzo está ventajosamente colocado en el interior de la sección para mejorar sus características, y además está instalado para optimizar el diseño y las propiedades mecánicas de la estructura para una previsible utilización a corto y largo plazo. Puede consistir en una mezcla de distintas formas de refuerzo para superar tensiones internas, con un resultado final de una rigidez razonable y una elevada resistencia según (Revuelta, 2004-1). . [34]

En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad [1].

Los materiales compuestos se clasifican según el tipo de matriz, el tipo de refuerzo y la arquitectura del mismo. En la figura 1.1 aparece la clasificación atendiendo a los factores anteriores. [2]

Figura 1.1 Clasificaciones de los materiales compuestos.

Adema se establece una conformación estructural de los materiales compuestos descrita en la siguiente figura.

Un grupo de investigadores de la universidad de Habana establece una configuración estructural para los materiales compuestos, que para nuestro caso adaptada a nuestro caso de estudio se establece la siguiente figura.1.2 [15]

Fibras

Figura 1.2 Conformaciones de los materiales compuestos

El estudio de los materiales compuestos posee diferentes puntos de vista para su investigación, los cuales para una mejor explicación podemos representar de la siguiente forma: [15]

Figura 1.3 Técnicas de estudio de los materiales compuestos