Los materiales compuestos avanzados (ACM) generalmente se caracterizan o determinan por fibras inusualmente de alta resistencia con una rigidez inusualmente alta , o características de módulo de elasticidad , en comparación con otros materiales, mientras que están unidas por matrices más débiles. Estos se denominan materiales compuestos avanzados (ACM) en comparación con los materiales compuestos que se utilizan comúnmente, como el hormigón armado o incluso el propio hormigón. Las fibras de alta resistencia también son de baja densidad mientras que ocupan una gran fracción del volumen.
Los compuestos avanzados exhiben propiedades físicas y químicas deseables que incluyen peso ligero junto con alta rigidez ( elasticidad ) y resistencia a lo largo de la dirección de la fibra de refuerzo, estabilidad dimensional, temperatura y resistencia química, rendimiento de flexión y procesamiento relativamente fácil. Los compuestos avanzados están reemplazando los componentes metálicos en muchos usos, particularmente en la industria aeroespacial .
Los compuestos se clasifican según su fase de matriz . Estas clasificaciones son compuestos de matriz polimérica (PMC) , compuestos de matriz cerámica (CMC) y compuestos de matriz metálica (MMC). Además, los materiales dentro de estas categorías a menudo se denominan "avanzados" si combinan las propiedades de valores altos de resistencia (axial, longitudinal ) y valores altos de rigidez ( axial , longitudinal), con bajo peso, resistencia a la corrosión y, en algunos casos, propiedades eléctricas especiales . .
Los materiales compuestos avanzados tienen aplicaciones amplias y probadas en los sectores aeronáutico , aeroespacial y de equipamiento deportivo . Incluso más específicamente, los ACM son muy atractivos para piezas estructurales de aeronaves y aeroespaciales. Los ACM se han estado desarrollando para el Programa de Transporte Espacial Avanzado de la NASA , protección de blindaje para la aviación del Ejército y la Administración Federal de Aviación de los EE. UU., Y ejes de alta temperatura para el helicóptero Comanche . Además, los ACM tienen décadas de historia en las industrias aeroespaciales militares y gubernamentales . Sin embargo, gran parte de la tecnología es nueva y no se presenta formalmente en la educación secundaria o universitaria , y la tecnología de fabricación de compuestos avanzados evoluciona continuamente. [1] [2] [3]
Resumen y perspectiva histórica
La fabricación de ACM es una industria multimillonaria en todo el mundo. Los productos compuestos van desde patinetas hasta componentes del transbordador espacial . La industria se puede dividir generalmente en dos segmentos básicos, compuestos industriales y compuestos avanzados. Varios de los procesos de fabricación de composites son comunes a ambos segmentos. Los dos segmentos básicos se describen a continuación. [1] [2]
Compuestos industriales
La industria de los compuestos industriales ha existido durante más de 40 años en los EE. UU. Esta gran industria utiliza varios sistemas de resinas que incluyen poliéster , epoxi y otras resinas especiales. Estos materiales, junto con un catalizador o agente de curado y algún tipo de refuerzo de fibra (generalmente fibras de vidrio) se utilizan en la producción de un amplio espectro de componentes industriales y bienes de consumo: botes, tuberías, carrocerías de automóviles y una variedad de otras partes. y componentes. [1] [2]
Compuestos avanzados
La industria de los compuestos avanzados, o la industria de los materiales compuestos avanzados, se caracteriza por el uso de sistemas de resina costosos y de alto rendimiento y refuerzos de fibra de alta resistencia y rigidez. La industria aeroespacial, incluidos los aviones militares y comerciales de todo tipo, es el principal cliente de compuestos avanzados. Estos materiales también han sido adoptados para su uso por los proveedores de artículos deportivos que venden equipos de alto rendimiento para los mercados de golf , tenis , pesca y tiro con arco ; [1] [2] [3] así como en la industria de las piscinas con estructuras de paredes compuestas. [4]
Si bien la industria aeroespacial es el mercado predominante para los compuestos avanzados en la actualidad, los mercados industriales y automotrices verán cada vez más el uso de compuestos avanzados hacia el año 2000 (ahora es 2019, esto está desactualizado). En la actualidad, se emplean procesos tanto manuales como automatizados en la fabricación de piezas compuestas avanzadas. A medida que los procesos automatizados se vuelven más predominantes, se espera que los costos de los compuestos avanzados disminuyan hasta el punto en que estos materiales se utilicen ampliamente en equipos electrónicos, de maquinaria y de transporte de superficie.
Los proveedores de materiales compuestos avanzados tienden a ser empresas más grandes capaces de realizar la investigación y el desarrollo necesarios para proporcionar los sistemas de resina de alto rendimiento utilizados en este segmento de la industria. Los usuarios finales también tienden a ser grandes y muchos pertenecen a los negocios aeronáutico y aeroespacial. [1] [2] [3]
Limitaciones
A pesar de su resistencia y bajo peso, los materiales compuestos no han sido una solución milagrosa para las estructuras de aviones. Los materiales compuestos suelen ser difíciles de inspeccionar en busca de defectos. Algunos absorben la humedad. Lo que es más importante, pueden ser prohibitivamente costosos, principalmente porque requieren mucha mano de obra y, a menudo, requieren máquinas de fabricación complejas y costosas. El aluminio, por el contrario, es fácil y económico de fabricar y reparar, por ejemplo, en una colisión menor, un componente de aluminio a menudo puede volver a su forma original, mientras que un componente de fibra de vidrio triturado probablemente tendrá que ser reemplazado por completo. [5]
El aluminio tiene una resistencia a la fractura relativamente alta, lo que le permite sufrir grandes cantidades de deformación plástica antes de fallar. Los compuestos, por otro lado, son menos tolerantes a los daños y sufren mucha menos deformación plástica antes de fallar. Un avión hecho completamente de aluminio se puede reparar en casi cualquier lugar. Este no es el caso de los materiales compuestos, sobre todo porque utilizan materiales diferentes y más exóticos. Debido a esto, los compuestos probablemente siempre se utilizarán más en aviones militares, que se mantienen constantemente, que en aviones comerciales, que deben requerir menos mantenimiento. [5] El aluminio sigue siendo un material muy útil para las estructuras de las aeronaves y los metalúrgicos han trabajado duro para desarrollar mejores aleaciones de aluminio, por ejemplo, las aleaciones de aluminio y litio .
Ver también
- Material compuesto
- Programa de transporte espacial avanzado de la NASA
enlaces externos
- Buckland, Peter G. Materiales compuestos avanzados con aplicación a puentes [ enlace muerto permanente ] . 30 de septiembre de 1991.
- Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Compuestos de fibra de carbono para automóviles . Vol. 33, N ° 3, 2000.
- En todo el mundo Composites motor de búsqueda [1] . Amplia base de datos de empresas involucradas en materiales compuestos.
Referencias
- Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos de la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional .
- Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio .
- ↑ a b c d e Pilato, L .; Michno, Michael J. (enero de 1994). Materiales compuestos avanzados (Capítulo 1 Introducción y Capítulo 2 "Resinas de matriz") . Springer-Verlag Nueva York. ISBN 978-3-540-57563-4.
- ^ a b c d e OSHA (4 de mayo de 2009). "Materiales de matriz de polímero: compuestos avanzados" . Departamento de Trabajo de EE. UU. Archivado desde el original el 28 de mayo de 2010 . Consultado el 5 de junio de 2010 .Contenido de dominio público de un departamento del gobierno de EE. UU. Los materiales creados por el gobierno federal Archivado 2015-12-07 en Wayback Machine son generalmente parte del dominio público y se pueden usar, reproducir y distribuir sin permiso.
- ^ a b c ACG (2006). "Introducción a la tecnología de compuestos avanzados y preimpregnados" (descarga gratuita de PDF) . Grupo de compuestos avanzados . Consultado el 5 de junio de 2010 .
- ^ http://www.onlyalpha.com
- ^ a b Día, Dwayne A. (2003). "Compuestos y Materiales Avanzados" . NASA. Comisión del Centenario de Vuelo de EE. UU. Archivado desde el original (Ley Pública 105-389 del 105 ° Congreso de la Ley de Conmemoración del Centenario de Vuelo (13 de noviembre de 1998)) el 28 de mayo de 2010 . Consultado el 5 de junio de 2010 . Contenido de dominio público (consulte la referencia anterior)