materiales compuestos - cnea
DESCRIPTION
Introducción a la ciencia de los materiales compuestos; conceptos, usos, facilidades.TRANSCRIPT
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Dr. Néstor O. FuentesDr. Néstor O. Fuentes
División Materiales AvanzadosDivisión Materiales Avanzados
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.
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
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).
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
¿Qué propiedades puedo obtener?¿Qué propiedades puedo obtener?
•• Mayor resistencia.Mayor resistencia.
•• Menor peso.Menor peso.
•• 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.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
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.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
¿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.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Tipos de CompuestosTipos de Compuestos
• Compuestos de matriz polimérica (PMC = Polymer Matrix Composite)
• Compuestos de matriz metálica
(MMC = Metal Matrix Composite)
• Compuestos de matriz cerámica
(CMC = Ceramic Matrix Composite)
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
MatricesMatrices•• Inorgánicas: Cemento, YesoInorgánicas: Cemento, Yeso
•• Polímeros Termoestables: Polímeros Termoestables: EpoxiEpoxi, , VinilesterVinilester, , PoliesterPoliester, , FenólicaFenólica,...,...
•• Polímeros Termoplásticos: Polipropileno, Polímeros Termoplásticos: Polipropileno, PolicarbonatoPolicarbonato, Acetato, Nylon, , Acetato, Nylon, Poliamida,....Poliamida,....
•• Metales: Al, Metales: Al, MgMg, Ni, Ti, Cu, , Ni, Ti, Cu, AgAg,…,…
•• Cerámicos: Carburo de Zirconio, Cerámicos: Carburo de Zirconio, SiCSiC, , AlAl22OO33
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
MetalesMetales
CerámicosCerámicosPolímerosPolímeros
ProsPros
•• Conductividad eléctrica y térmica Conductividad eléctrica y térmica
•• Buena resistencia y ductilidadBuena resistencia y ductilidad
•• Alta tenacidadAlta tenacidad
ContrasContras
•• Alta densidadAlta densidad
•• Baja resistencia al Baja resistencia al creepcreep
•• baja/moderada baja/moderada resistresist. a la . a la
corrosióncorrosión
ProsPros
•• AislaciónAislación térmicatérmica y y eléctricaeléctrica
•• ResistenciaResistencia a la a la corrosióncorrosión
•• ResistenciaResistencia al al desgastedesgaste
•• Alta Alta resistenciaresistencia y y rigidezrigidez
•• ResistenciaResistencia al creep al creep
•• Baja Baja densidaddensidad
ContrasContras
•• DifícilDifícil de de maquinar/moldearmaquinar/moldear
•• MuyMuy bajabaja tenacidadtenacidad
ProsPros
•• MuyMuy dúctildúctil
•• FácilFácil de de moldearmoldear
•• ResistenciaResistencia a la a la
corrosióncorrosión
•• Alta Alta relaciónrelación
resistenciaresistencia/peso/peso
ContrasContras
•• Baja Baja resistenciaresistencia y y rigidezrigidez
•• PobresPobres propiedadespropiedades térmicastérmicas
Composites• Metal Matrix• Ceramic Matrix• Polymer Matrix
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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”)
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
PrepregPrepreg
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Conservación Conservación prepregsprepregs
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Curado en autoclaveCurado en autoclave
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Curado en autoclaveCurado en autoclave
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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
•• Reforzados con fibrasReforzados con fibras
•• SandwichesSandwiches (núcleo + laminados)(núcleo + laminados)
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Refuerzos con fibrasRefuerzos con fibras
••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.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Efecto de la concentración de fibrasEfecto de la concentración de fibras
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Efecto de la relación de aspecto de las Efecto de la relación de aspecto de las fibrasfibras
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Efecto diámetro fibrasEfecto diámetro fibras
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
IsotropíaIsotropía
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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
*
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Comparación de fibrasComparación de fibras
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Descripción teóricaDescripción teórica
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Descripción teóricaDescripción teórica
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
ForceForce actingacting
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
ForceForce resultantresultant
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
ForceForce andand MomentMoment in in plyply
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
ForceForce andand MomentMoment in in laminatelaminate
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
Chalecos antibalasChalecos antibalas
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Fibra de carbono + Fibra de carbono + Fibra de vidrioFibra de vidrio
Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Aplicaciones Refuerzos con FibrasAplicaciones Refuerzos con Fibras
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
LaminaciónLaminación
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
LaminaciónLaminación
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
LaminadosLaminados
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
LaminadosLaminados
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
LaminadosLaminados
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
HoneycombHoneycomb
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
HoneycombHoneycomb
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Estructura sándwichEstructura sándwich
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Estructura sándwichEstructura sándwich
Saco para curado del panel.Saco para curado del panel. Retiro del panel.Retiro del panel.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Estructura sándwichEstructura sándwich
Retiro de las telas Retiro de las telas desmoldantesdesmoldantes
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Estructura sándwichEstructura sándwich
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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.
Laminado manual.Laminado manual.FilamentFilament windingwinding..Centrifugado.Centrifugado.Proyección.Proyección.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Laminado manualLaminado manual
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Laminado manualLaminado manual
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Laminado manualLaminado manual
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
FilamentFilament windingwinding
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
FilamentFilament windingwinding
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
Procesos a Molde CerradoProcesos a Molde Cerrado
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
•• PultrusiónPultrusión
•• PrensaPrensa
•• Inyección de TermoestablesInyección de Termoestables
•• RTMRTM
•• EstampadoEstampado
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
InyecciónInyección
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
InyecciónInyección
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
MecanizadoMecanizado
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Con herramientas de corteCon herramientas de corte Chorro de aguaChorro de agua
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
MecanizadoMecanizado
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
MecanizadoMecanizado
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
MecanizadoMecanizado
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
MecanizadoMecanizado
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
MecanizadoMecanizado
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
InsertosInsertos
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2007
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
InsertosInsertos
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Inserto a ser colocado.Inserto a ser colocado. AplicadorAplicador de adhesivo.de adhesivo.
Accesorio para posicionar insertos.Accesorio para posicionar insertos. Inserto en posición.Inserto en posición.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Técnicas no destructivasTécnicas no destructivas
••Inspección visual.Inspección visual.••“Coin test”.“Coin test”.••Caracterización por imágenes.Caracterización por imágenes.••Ultrasonido.Ultrasonido.
••Termografía.Termografía.••SensoresSensores de potencial eléctrico.de potencial eléctrico.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Caracterización por imágenesCaracterización por imágenes
SolapadaSolapada SimétricaSimétrica AntisimétricaAntisimétrica
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Caracterización por imágenesCaracterización por imágenes
SolapadaSolapada SimétricaSimétrica AntisimétricaAntisimétrica
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
Caracterización por imágenesCaracterización por imágenes
Técnica RIMAPS.Técnica RIMAPS.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
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.
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
UltrasonidoUltrasonido
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
UltrasonidoUltrasonido
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
TermografíaTermografía
Especialización en Ensayos No Destructivos - 2008
SensoresSensores de potencial eléctricode potencial eléctrico
INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES COMPUESTOS
FigFig 1. 1. BlockBlock diagramdiagram ofof thethe electricelectric potentialpotentialsensorsensor showingshowing feedback feedback mechanismsmechanisms usedused totoenhanceenhance thethe inputinput impedanceimpedance ofof thethe devicedevice..