Fabricación de materiais compostos e compostos

Simplemente definidos, os MATERIAIS COMPOSTOS ou MATERIAIS COMPOSTOS son materiais formados por dous ou varios materiais con propiedades físicas ou químicas diferentes, pero cando se combinan convértense nun material diferente aos materiais constituíntes. Debemos sinalar que os materiais constituíntes permanecen separados e distintos na estrutura. O obxectivo na fabricación dun material composto é obter un produto que sexa superior aos seus compoñentes e combine as características desexadas de cada constituínte. Como exemplo; a forza, o baixo peso ou o prezo máis baixo pode ser o motivador detrás do deseño e produción dun composto. O tipo de compostos que ofrecemos son compostos reforzados con partículas, compostos reforzados con fibra, incluíndo compostos de matriz cerámica / matriz de polímero / matriz metálica / carbono-carbono / compostos híbridos, compostos estruturais e laminados e estruturados en sandwich e nanocomposites.

 

As técnicas de fabricación que implantamos na fabricación de materiais compostos son: pultrusión, procesos de produción de preimpregnados, colocación avanzada de fibras, enrolamento de filamentos, colocación de fibras a medida, proceso de pulverización de fibra de vidro, tufting, proceso de lanxide, z-pinning.
Moitos materiais compostos están formados por dúas fases, a matriz, que é continua e rodea á outra fase; e a fase dispersa que está rodeada pola matriz.
Recomendamos que faga clic aquí paraDESCARGA as nosas ilustracións esquemáticas da fabricación de materiais compostos e compostos por AGS-TECH Inc.
Isto axudarache a comprender mellor a información que che proporcionamos a continuación. 

 

• COMPOSTOS REFORZADO CON PARTÍCULAS: Esta categoría consta de dous tipos: Compostos de partículas grandes e compostos reforzados por dispersión. No primeiro tipo, as interaccións partícula-matriz non se poden tratar a nivel atómico ou molecular. En cambio, a mecánica do continuo é válida. Por outra banda, nos compostos reforzados pola dispersión as partículas son xeralmente moito máis pequenas nas decenas de rangos de nanómetros. Un exemplo de composto de partículas grandes son os polímeros aos que se engadiron cargas. Os recheos melloran as propiedades do material e poden substituír parte do volume do polímero por un material máis económico. As fraccións de volume das dúas fases inflúen no comportamento do composto. Os compostos de partículas grandes úsanse con metais, polímeros e cerámicas. Os CERMETS son exemplos de compostos cerámicos/metálicos. O noso cermet máis común é o carburo cementado. Consiste en cerámica de carburo refractario como partículas de carburo de tungsteno nunha matriz de metal como cobalto ou níquel. Estes compostos de carburo úsanse amplamente como ferramentas de corte para aceiro endurecido. As partículas de carburo duro son as responsables da acción de corte e a súa dureza é mellorada pola matriz metálica dúctil. Así obtemos as vantaxes de ambos materiais nun único composto. Outro exemplo común dun composto de partículas grandes que usamos son as partículas de negro de carbón mesturadas con caucho vulcanizado para obter un composto con alta resistencia á tracción, tenacidade, rasgadura e resistencia á abrasión. Un exemplo de composto reforzado pola dispersión son os metais e as aliaxes metálicas reforzadas e endurecidas pola dispersión uniforme de partículas finas dun material moi duro e inerte. Cando se engaden escamas moi pequenas de óxido de aluminio á matriz metálica de aluminio, obtemos un po de aluminio sinterizado que ten unha resistencia mellorada ás altas temperaturas. 

 

• COMPOSTOS REFORZADOS CON FIBRAS : esta categoría de compostos é de feito a máis importante. O obxectivo a acadar é a alta resistencia e rixidez por unidade de peso. A composición, lonxitude, orientación e concentración da fibra nestes compostos é fundamental para determinar as propiedades e a utilidade destes materiais. Usamos tres grupos de fibras: bigotes, fibras e fíos. Os bigotes son monocristais moi finos e longos. Están entre os materiais máis resistentes. Algúns exemplos de materiais de bigotes son o grafito, o nitruro de silicio e o óxido de aluminio.  FIBRAS pola súa banda son na súa maioría polímeros ou cerámicos e están en estado policristalino ou amorfo. O terceiro grupo son os fíos finos que teñen diámetros relativamente grandes e constan frecuentemente de aceiro ou volframio. Un exemplo de composto reforzado con fío son os pneumáticos de automóbiles que incorporan fío de aceiro dentro da goma. Dependendo do material da matriz, temos os seguintes compostos:
COMPOSTOS DE MATRIZ POLÍMERA: están feitos de resina polimérica e fibras como ingrediente de reforzo. Un subgrupo destes chamados compostos de polímero reforzado con fibra de vidro (GFRP) conteñen fibras de vidro continuas ou discontinuas dentro dunha matriz de polímero. O vidro ofrece unha alta resistencia, é económico, fácil de fabricar en fibras e é quimicamente inerte. As desvantaxes son a súa limitada rixidez e rixidez, sendo as temperaturas de servizo só de 200 a 300 graos centígrados. A fibra de vidro é adecuada para carrocerías de automóbiles e equipos de transporte, carrocerías de vehículos mariños, recipientes de almacenamento. Non son axeitados para a fabricación de pontes nin para a industria aeroespacial debido á limitada rixidez. O outro subgrupo chámase composto de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP). Aquí, o carbono é o noso material de fibra na matriz polimérica. O carbono é coñecido polo seu alto módulo específico e resistencia e a súa capacidade para mantelos a altas temperaturas. As fibras de carbono poden ofrecernos módulos de tracción estándar, intermedios, altos e ultraaltos. Ademais, as fibras de carbono ofrecen diversas características físicas e mecánicas e, polo tanto, son adecuadas para varias aplicacións de enxeñería personalizadas. Os compostos CFRP pódense considerar para fabricar equipos deportivos e recreativos, recipientes a presión e compoñentes estruturais aeroespaciais. Porén, outro subgrupo, os compostos de polímero reforzado con fibra de aramida, tamén son materiais de alta resistencia e módulo. As súas relacións entre peso e forza son moi altas. As fibras de aramida tamén son coñecidas polos nomes comerciais KEVLAR e NOMEX. Baixo tensión funcionan mellor que outros materiais de fibra polimérica, pero son débiles en compresión. As fibras de aramida son resistentes, resistentes aos impactos, á fluencia e á fatiga, estables a altas temperaturas, químicamente inertes excepto contra ácidos e bases fortes. As fibras de aramida son amplamente utilizadas en artigos deportivos, chalecos antibalas, pneumáticos, cordas, fundas de cables de fibra óptica. Existen outros materiais de reforzo de fibra pero utilízanse en menor medida. Estes son principalmente boro, carburo de silicio e óxido de aluminio. Por outra banda, o material da matriz polimérica tamén é crítico. Determina a temperatura máxima de servizo do composto porque o polímero ten xeralmente unha temperatura de fusión e degradación máis baixa. Os poliésteres e os ésteres vinílicos úsanse amplamente como matriz polimérica. Tamén se utilizan resinas que teñen unha excelente resistencia á humidade e propiedades mecánicas. Por exemplo, a resina de poliimida pódese usar ata uns 230 graos centígrados. 
COMPOSITOS DE MATRIZ METÁLICA: Nestes materiais utilizamos unha matriz metálica dúctil e as temperaturas de servizo son xeralmente superiores ás dos seus compoñentes. En comparación cos compostos de matriz de polímero, estes poden ter temperaturas de funcionamento máis altas, ser non inflamables e poden ter unha mellor resistencia á degradación contra os fluídos orgánicos. Sen embargo son máis caros. Materiais de reforzo como bigotes, partículas, fibras continuas e discontinuas; e os materiais de matriz como cobre, aluminio, magnesio, titanio, superaliaxes están sendo habitualmente utilizados. Exemplos de aplicacións son os compoñentes do motor feitos de matriz de aliaxe de aluminio reforzada con óxido de aluminio e fibras de carbono. 
COMPOSITOS DE MATRIZ CERÁMICA: os materiais cerámicos son coñecidos pola súa excelente fiabilidade a altas temperaturas. Non obstante, son moi fráxiles e teñen valores baixos de tenacidade á fractura. Ao incorporar partículas, fibras ou bigotes dunha cerámica na matriz doutra podemos conseguir compostos con maior dureza á fractura. Estes materiais incrustados inhiben basicamente a propagación da greta no interior da matriz mediante algúns mecanismos como desviar as puntas da greta ou formar pontes a través das caras da greta. Como exemplo, as alúminas reforzadas con bigotes de SiC úsanse como insertos de ferramentas de corte para mecanizar aliaxes de metal duro. Estes poden revelar mellores rendementos en comparación cos carburos cementados.  
COMPOSITOS CARBONO-CARBONO: Tanto o reforzo como a matriz son de carbono. Teñen altos módulos de tracción e resistencias a altas temperaturas superiores a 2000 centígrados, resistencia á fluencia, altas durezas á fractura, baixos coeficientes de expansión térmica, altas condutividades térmicas. Estas propiedades fan que sexan ideais para aplicacións que requiren resistencia ao choque térmico. Non obstante, a debilidade dos compostos carbono-carbono é a súa vulnerabilidade fronte á oxidación a altas temperaturas. Exemplos típicos de uso son moldes de prensado en quente, fabricación avanzada de compoñentes de motores de turbina. 
COMPOSITOS HÍBRIDOS: mestúranse dous ou máis tipos diferentes de fibras nunha única matriz. Así, pódese adaptar un novo material cunha combinación de propiedades. Un exemplo é cando se incorporan fibras de carbono e de vidro nunha resina polimérica. As fibras de carbono proporcionan rixidez e resistencia de baixa densidade, pero son caras. O vidro, por outra banda, é barato pero carece da rixidez das fibras de carbono. O composto híbrido vidro-carbono é máis resistente e resistente e pódese fabricar a un custo máis baixo.
PROCESAMIENTO DE COMPOSTOS REFORZADOS CON FIBRAS: Para plásticos reforzados con fibras continuos con fibras uniformemente distribuídas e orientadas na mesma dirección, utilizamos as seguintes técnicas.
PULTRUSIÓN: fabrícanse varillas, vigas e tubos de lonxitudes continuas e seccións transversais constantes. Os rovings de fibra continua están impregnados cunha resina termoendurecible e pasan a través dunha matriz de aceiro para preformalos coa forma desexada. A continuación, pasan por unha matriz de curado mecanizada de precisión para acadar a súa forma final. Dado que a matriz de curado se quenta, cura a matriz de resina. Os tiradores atraen o material a través das matrices. Usando núcleos ocos inseridos, podemos obter tubos e xeometrías ocas. O método de pultrusión está automatizado e ofrécenos altas taxas de produción. É posible producir calquera lonxitude de produto. 
PROCESO DE PRODUCIÓN DE PREPREGADO: Prepreg é un reforzo de fibra continua preimpregnado cunha resina polimérica parcialmente curada. É amplamente utilizado para aplicacións estruturais. O material vén en forma de cinta e envíase como unha cinta. O fabricante o moldea directamente e cúrao por completo sen necesidade de engadir ningunha resina. Dado que os preimpregnados sofren reaccións de curado a temperatura ambiente, almacénanse a temperaturas de 0 graos centígrados ou inferiores. Despois do uso, as cintas restantes almacénanse de novo a baixas temperaturas. Empréganse resinas termoplásticas e termoendurecibles e son habituais as fibras de reforzo de carbono, aramida e vidro. Para usar preimpregnados, primeiro elimínase o papel de soporte do soporte e despois a fabricación realízase colocando a cinta preimpregnada sobre unha superficie labrada (proceso de colocación). Pódense colocar varias capas para obter os espesores desexados. A práctica frecuente é alternar a orientación da fibra para producir un laminado de capas cruzadas ou angulares. Finalmente aplícanse calor e presión para o curado. Tanto o procesamento manual como os procesos automatizados úsanse para cortar preimpregnados e lay-up.
ENROBACIÓN DE FILAMENTOS: as fibras de reforzo continuas colócanse con precisión nun patrón predeterminado para seguir unha forma oca  e xeralmente ciclíndica. As fibras pasan primeiro por un baño de resina e despois enrólanse nun mandril mediante un sistema automatizado. Despois de varias repeticións de bobinado obtéñense os espesores desexados e o curado realízase a temperatura ambiente ou dentro dun forno. Agora quítase o mandril e desmoldase o produto. O enrolamento do filamento pode ofrecer relacións resistencia/peso moi altas ao enrolar as fibras en patróns circunferenciais, helicoidais e polares. Con esta técnica fabrícanse tubos, tanques e envolturas. 

 

• COMPOSTOS ESTRUTURAIS: Xeralmente están formados por materiais tanto homoxéneos como compostos. Polo tanto, as propiedades destes están determinadas polos materiais constituíntes e o deseño xeométrico dos seus elementos. Aquí están os principais tipos:
COMPOSITOS LAMINARES: Estes materiais estruturais están feitos de láminas ou paneis bidimensionais con direccións preferentes de alta resistencia. As capas apílanse e cíñense entre si. Ao alternar as direccións de alta resistencia nos dous eixes perpendiculares, obtemos un composto que ten alta resistencia en ambas direccións no plano bidimensional. Axustando os ángulos das capas pódese fabricar un composto con resistencia nas direccións preferidas. O esquí moderno faise deste xeito. 
PANEIS SANDWICH: Estes compostos estruturais son lixeiros, pero teñen unha elevada rixidez e resistencia. Os paneis sándwich consisten en dúas follas exteriores feitas dun material ríxido e forte como aliaxes de aluminio, plásticos reforzados con fibra ou aceiro e un núcleo entre as follas exteriores. O núcleo debe ser lixeiro e a maioría das veces ter un baixo módulo de elasticidade. Os materiais básicos populares son as escumas poliméricas ríxidas, a madeira e os panales. Os paneis sándwich son amplamente utilizados na industria da construción como material para cubertas, pisos ou paredes, e tamén nas industrias aeroespaciales.  

 

• NANOCOMPOSITOS : Estes novos materiais consisten en partículas de nanopartículas incrustadas nunha matriz. Usando nanocompostos podemos fabricar materiais de caucho que son moi boas barreiras para a penetración do aire mantendo as súas propiedades de caucho sen cambios.