moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos
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Moldeo y conformación de plásticos y materiales
compuestos
Ing. Fausto Oviedo F. MSc.
Escuela Politécnica Nacional
Facultad de Ing. Mecánica
Abril 2013
Clasificación de los polímeros por su comportamiento con la temperatura, en concordancia con la arquitectura de sus cadenas:
Material Compuesto
Un material compuesto es un sistema formado por dos materiales de distintas fases, cuya combinación proporciona propiedades que son diferentes a las de sus constituyentes
Características de un Material Compuesto
1. Constar de 2 o más materiales ( Químicamente distintos; Separados por una interface; Separables mecánicamente)
2. Propiedades únicas, superior alguna(s) a las de los componentes
3. Dispersión del un material en el otro controlable
Componentes un Material Compuesto1. Matriz: Fase continua
2. Refuerzo: fase dispersa, cambia las propiedades de la matriz
3. Aleantes: Agentes de acoplamiento, rellenos, revestimientos
Interfaz: Superficie de conexión M/R, También influye en las propiedades
Materiales de los Compuestos
Tanto la Matriz como los refuerzos pueden ser:
• Metales
• Cerámicos
• Polímeros
Propiedades del Material CompuestoDependen de:
1. Propiedades de las fases de los materiales constituyentes.
2. Proporciones relativas de las fases
3. Geometría de las fases de refuerzo
4. Características de la interfaz
El uso de los Materiales Compuestos
• Necesidad de materiales con propiedades inusuales
• Mayor resistencia específica
• Disminución del costo de los refuerzos
• Posibilidad de automatización del proceso de fabricación
Clasificación
Unidireccionales
Multidireccionales
Tejidos
Mat.
Comp.
Reforzados con
partículas
Reforzados con
Fibras
Estructurales
Grandes (interacción
no atómica o molecular)
Consolidados por
dispersión (10-100 nm)
Continuas
Discontinuas
Laminares
Paneles sandwich
Alineadas
Orientadas al azar
Nanométricas
MatricesFunciones de la matriz
• Juntar a los materiales de refuerzo • Proteger a los materiales de refuerzo del medio
ambiente, humedad, ataque químico y del daño mecánico (desgaste)
• Transferir los esfuerzos a los materiales de refuerzo, y protegerlos de los esfuerzos de compresión
• Proveer la forma a una estructura• Proveer acabado superficial de buena calidad
• Proveer propiedades como tenacidad, resistencia al impacto, etc.
• Aislar una fibra o partícula de otra de modo que la propagación de grietas se detenga o su velocidad se reduzca
• La matriz controla las propiedades químicas y eléctricas del compuesto.
La matriz debe:
• Poseer buena resistencia química
• Presentar poco encogimiento
• Adaptarse con facilidad al procesamiento final del compuesto
• Presentar estabilidad dimensional
Matriz de AluminioReforzado con partículasDe alúmina
• Ejemplos de Matrices metálicas:
– Fibras de SiC o de boro en matriz de aluminio
– SiC en una matriz de titanio
– Fibras de carbono en matrices de magnesio, cobre o aluminio
• Aplicaciones:
– Cabezas de pistones para motores automotrices
– Alabes de turbinas de gas
– Paquetes electrónicos
– Aplicaciones espacialesHerramientas de corteWC-Co
• Matrices Cerámicas:
– SiC reforzado con SiC
– Nitruro de silicio reforzado con SiC
– Vidrio reforzado con fibras de carbono
Aplicaciones:
– Turbinas para turboreactores
– Herramientas de corte
– Partes de válvulas
– Cojinetes
– HormigónFibras de SiC reforzando una
matriz de nitruro de silicio.
• Matrices Poliméricas:– Compuestos reforzados con
carbono para partes de aviones
– Resina epoxi con fibras de boro para palas de rotor de helicópteros
– Compuestos con fibra de aramidapara disminuir pesos
– Termoplásticos con fibras naturales para partes de autos y madera plástica
– Neumáticos
– Equipos deportivos
– Barcos
RefuerzosFunciones del material de refuerzo:
• Soportar la carga
• Proveer rigidez, resistencia, estabilidad térmica y otras propiedades estructurales
• Proveer conductividad eléctrica o aislamiento
Partículas
De acuerdo al mecanismo de consolidación:
• Partículas grandes o agregados
• Consolidados por dispersión
De acuerdo al material:
– De vidrio
– Minerales
– Polvos metálicos
Tipos de Fibras
En función de los materiales:
1. Inorgánicas
Ti, Ni, Acero, SiC, C, B, Vidrio
2. Poliméricas
Aramida, polietileno
3. Vegetales
cabuya, abacá, sisal
En función de su diámetros y características:
Whiskers
Fibras
Alambres
En función de la continuidad:
Continuas
Discontinuas
RellenosFunciones
• Reducir costos
• Incrementar el módulo
• Reducir el encogimiento en el molde
• Controlar la viscosidad
• Producir una superficie menos rugosa
Ej: sílice, carbonato de calcio, etc.
• Matriz y fibras de carbono
• Propiedades especiales:
– Temperaturas de servicio mayores a 3000ºC
– Gran resistencia específica
– Excelente resistencia al desgaste
– Resistencia al choque térmico
– Facilidad de maquinado razonable
• Aplicaciones:
– Componentes de frenos
– Pantallas térmicas
– Toberas de cohetes
Compuestos especiales
Conformación de material compuesto con Matriz polimérica
c.- Moldeo con bolsa de vacío y con bolsa a presión
Conformación de material compuesto con Matriz Metálica
a.- Procesamiento en fase líquidab.- Procesamiento en fase sólida
Conformación de material compuesto con Matriz Metálica
a.- Infiltración por escurrimientoFibra prensada en caliente e impregnación de un lodo de matriz en polvob.- Síntesis QuímicaUn sol, fluido coloidal con fibra se convierte en un gel que es tratado térmicamente