¿Qué es un material compuesto?

Un material compuesto se compone de al menos dos materiales, que se combinan para dar propiedades superiores a las de los constituyentes individuales.

Para nuestro sitio web nos referimos a los compuestos de polímero reforzado con fibra (FRP), generalmente con fibras de carbono, vidrio, aramida, polímero o naturales incrustadas en una matriz de polímero. Se pueden utilizar otros materiales de matriz y los compuestos también pueden contener rellenos o nanomateriales como el grafeno.

Los numerosos materiales de los componentes y los diferentes procesos que se pueden utilizar hacen que los compuestos sean extremadamente versátiles y eficaces. Suelen dar lugar a soluciones más ligeras, resistentes y duraderas en comparación con los materiales tradicionales.

¿Por qué utilizar materiales compuestos?

La razón principal por la que se eligen los materiales compuestos para los componentes es el ahorro de peso por su relativa rigidez y resistencia. Por ejemplo, los materiales compuestos reforzados con fibra de carbono pueden ser cinco veces más resistentes que el acero de grado 1020 y tener sólo una quinta parte del peso. El aluminio (grado 6061) está mucho más cerca en peso del compuesto de fibra de carbono, aunque sigue siendo algo más pesado, pero el compuesto puede tener el doble de módulo y hasta siete veces más resistencia.

Crecimiento de la industria de los compuestos

La industria de los compuestos es un sector apasionante en el que trabajar porque se están desarrollando continuamente nuevos materiales, procesos y aplicaciones, como el uso de fibras híbridas vírgenes y recicladas, y una fabricación más rápida y automatizada. El mercado mundial de materiales compuestos crece a un ritmo del 5% anual, y la demanda de fibra de carbono crece un 12% al año.

Con unas 1.500 empresas británicas involucradas, el mercado de productos compuestos del Reino Unido se estimó en 2.000 millones de libras.3 mil millones de libras en 2015, y podría crecer hasta 12 mil millones de libras en 2030 (Referencia: The 2016 UK Composites Strategy)

¿Cuándo se deben utilizar los materiales compuestos?

Como todos los materiales de ingeniería, los compuestos tienen puntos fuertes y débiles particulares, que deben ser considerados en la etapa de especificación. Los materiales compuestos no son en absoluto el material adecuado para todos los trabajos.

Sin embargo, una de las principales fuerzas motrices del desarrollo de los materiales compuestos ha sido que la combinación del refuerzo y la matriz puede modificarse para satisfacer las propiedades finales requeridas de un componente. Por ejemplo, si el componente final debe ser resistente al fuego, se puede utilizar una matriz ignífuga en la fase de desarrollo para que tenga esta propiedad.

Reducción de peso

• La razón principal por la que se eligen los materiales compuestos es la mejora de la resistencia/rigidez específica (resistencia/rigidez específica por unidad de peso).
• Esto ayuda a reducir el uso de combustible, o a aumentar la aceleración o la autonomía en el transporte.
• Permite una instalación más fácil y rápida o un movimiento más rápido de los brazos robóticos y reduce las estructuras de soporte o los cimientos.
• Mejora la estabilidad de la parte superior en los buques y las estructuras en alta mar y la flotabilidad para las aplicaciones en aguas profundas.

Durabilidad y mantenimiento

• Los compuestos no se oxidan, lo que es crucial, especialmente en entornos marinos y químicos. La necesidad de mantenimiento y pintura se reduce o se elimina.
• Los cojinetes de composite para motores marinos y puentes no necesitan lubricación y no se corroen.
• Combine la excelente resistencia a la fatiga, y los composites pueden aumentar la vida útil del producto varias veces en muchas aplicaciones.

Funcionalidad añadida

• Los composites son aislantes térmicos, lo que es bueno para la protección contra el fuego y las explosiones o las aplicaciones criogénicas.
• El aislamiento eléctrico es útil para las estructuras de las líneas ferroviarias y la transparencia de los radares. Se puede integrar una malla conductora o un revestimiento si es necesario, por ejemplo, para reflejar el radar o desviar los rayos.
• Se pueden incrustar sensores, componentes electrónicos y cableado.

Libertad de diseño

• El diseño de los composites permite libertad de forma arquitectónica.
• Se pueden consolidar muchas piezas en una, y se pueden integrar en el molde rigidizadores, insertos, etc.
• Los composites pueden adaptarse a la aplicación eligiendo los materiales constitutivos e incorporando funcionalidades adicionales.