Material compuesto para niños
Los materiales compuestos son como equipos especiales de materiales. Se forman uniendo dos o más materiales diferentes para crear uno nuevo con propiedades que ninguno de los originales podría tener por sí solo. Imagina que quieres un material que sea muy fuerte, pero también muy ligero, o que resista bien el calor y la corrosión. A veces, un solo material no puede hacer todo eso, ¡pero un material compuesto sí!
Estos materiales son especiales porque:
- Están hechos de dos o más partes que se pueden distinguir y separar.
- Tienen diferentes partes químicas que no se mezclan entre sí.
- Sus propiedades son mejores que si solo sumaras las propiedades de sus partes. Es como cuando un equipo de fútbol juega mejor junto que cada jugador por separado.
- No son como las aleaciones de metales, donde se cambia la composición de las fases con calor.
Los materiales compuestos surgieron porque se necesitaban materiales que combinaran lo mejor de los cerámicos (que son duros), los plásticos (que son ligeros) y los metales (que son resistentes). Por ejemplo, en los vehículos, se necesitan materiales que sean ligeros, rígidos, resistentes a los golpes y que no se oxiden fácilmente. Estas propiedades rara vez se encuentran juntas en un solo material.
Aunque los materiales compuestos tienen propiedades increíbles, a veces son difíciles de fabricar o sus componentes no se llevan bien, lo que puede hacerlos muy caros.
La mayoría de los materiales compuestos son creados por el ser humano, pero algunos, como la madera y el hueso, existen en la naturaleza.
Contenido
¿De qué partes están hechos los materiales compuestos?
Aunque hay muchos tipos de materiales compuestos, todos tienen dos partes principales:
El agente reforzante: la parte que da fuerza
El agente reforzante es como el "esqueleto" del material. Son las partes que le dan la mayor parte de su fuerza y resistencia. Su forma y cómo están distribuidas son muy importantes para las propiedades finales del material.
La fase matriz: la parte que une y protege
La fase matriz (o simplemente matriz) es el material que envuelve y une al agente reforzante. Es como el "pegamento" que mantiene todo junto. La matriz es responsable de las propiedades físicas y químicas del material. También ayuda a distribuir las fuerzas que se aplican al material y protege al agente reforzante.
¿Cómo se clasifican los materiales compuestos?
Los materiales compuestos se pueden agrupar en cuatro tipos principales, según cómo estén hechos:
Materiales compuestos con partículas
Estos materiales tienen pequeñas partículas duras y frágiles distribuidas de manera uniforme dentro de una matriz más blanda y flexible. La matriz transfiere parte de la fuerza que recibe a estas partículas, que son las que soportan una parte de la carga.
Tipos de compuestos con partículas
Se dividen en dos grupos:
- Compuestos con partículas grandes: Aquí, las partículas son más grandes y ayudan a que el material sea más resistente.
- Compuestos endurecidos por dispersión: En este caso, las partículas son muy, muy pequeñas (casi invisibles). A temperaturas normales, no son mucho más resistentes que otros materiales, pero su gran ventaja es que mantienen su resistencia incluso a temperaturas muy altas.
Materiales compuestos reforzados con fibras
Estos son muy comunes y se usan mucho en la industria. Están formados por un agente reforzante en forma de fibras, como la fibra de vidrio, el kevlar o la fibra de carbono. Estas fibras son las que le dan al material su gran resistencia a la tracción (a ser estirado).
La matriz, que suele ser una resina como el epoxy, envuelve y une estas fibras. La matriz tiene varias funciones importantes:
- Transfiere la fuerza de las fibras que se rompen a las que están intactas.
- Evita que las fibras se doblen o pandeen cuando el material se comprime.
Si el material recibe golpes o esfuerzos repetidos, las fibras pueden separarse de la matriz, un problema que se llama delaminación.
Materiales compuestos estructurales
Estos materiales están diseñados de una forma especial para aprovechar al máximo sus propiedades. Su resistencia y comportamiento dependen mucho de su forma y cómo están construidos. Los más conocidos son los laminares y los paneles tipo sándwich.
Materiales laminares
Los materiales laminares están hechos de varias capas (láminas) unidas entre sí, a menudo con un adhesivo. Cada lámina suele estar reforzada con fibras que tienen una dirección preferente de resistencia. Al unir varias capas con las fibras en diferentes direcciones, se consigue un material que es resistente en todas las direcciones, como la madera contrachapada.
Paneles tipo sándwich
Los paneles sándwich tienen dos capas exteriores muy duras y resistentes (como plásticos reforzados o aluminio) y entre ellas, un material más ligero y menos denso (como espumas o maderas blandas). Son como un sándwich: las capas de fuera son el pan duro y el relleno es blando y ligero. Se usan mucho en la construcción, en aviones y en la fabricación de componentes electrónicos.
Ejemplos comunes de materiales compuestos
Aquí tienes algunos ejemplos de materiales compuestos que quizás conozcas:
- Plásticos reforzados con fibra:
* Plástico reforzado con carbono (CFRP o "fibra de carbono"): Muy ligero y resistente, usado en bicicletas, coches de carreras y aviones. * Plástico reforzado con vidrio (GRP o "fibra de vidrio"): Usado en barcos, tablas de surf y carrocerías. * Madera: Un material natural donde las fibras de celulosa están unidas por lignina.
- Compuestos de matriz metálica (MMCs):
* Cermet: Una combinación de cerámica y metal. * Metal duro: Carburo en una matriz metálica, muy resistente al desgaste.
- Compuestos de matriz cerámica:
* Hormigón/Concreto: Cemento y agregados como arena y grava. * Adobe: Barro y paja, un material de construcción antiguo. * Hueso: Un material natural donde la matriz ósea está reforzada con fibras de colágeno.
- Compuestos de matriz orgánica/agregado cerámico:
* Madreperla o nácar: El material brillante del interior de algunas conchas.
- Madera mejorada:
* Contrachapado: Varias capas finas de madera pegadas. * Tableros de fibra orientada (OSB): Hechos de virutas de madera grandes y orientadas.
¿Cómo se fabrican los materiales compuestos?
Existen muchos métodos para fabricar materiales compuestos, algunos de los más comunes son:
- Moldeo SMC
- Moldeo por proyección
- Moldeo por vía húmeda o contacto
- Apilado por bolsa de vacío
- Resine Transfer Moulding (RTM)
- Filament Winding
- Fiber Placement
- Pultrusión
Galería de imágenes
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Tejido de fibra de carbono.
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Panel sándwich con núcleo en forma de panal.
Véase también
En inglés: Composite material Facts for Kids
