1.Indique los nombres de los dos principales componentes presentes en un material compuesto, explicando brevemente las funciones de cada uno de ellos.

 ¿Cuál es la importancia de la interfaz/interfase en un material compuesto?

En un material compuesto podemos diferenciar la fase continua o matriz y la fase dispersa o refuerzo.
La matriz liga las fibras, las separa y protege del deterioro mecánico y del medioambiente. La matriz es la que absorbe los esfuerzos y reparte las cargas. El refuerzo en cambio, aportan propiedades mecánicas al conjunto de la pieza y aportan propiedades a la matriz que ella sola no tendría.

 La interfase es el lugar en el que entra en contacto el refuerzo con la matriz. Ésta debe asegurar que se transmita correctamente las cargas aplicadas entre ambos y condiciona las propiedades finales del material compuesto

2. Indique una clasificación de los materiales compuestos según su matriz y una clasificación basada en la fase secundaria. En base a sendas clasificaciones, indique un ejemplo de material compuesto de cada tipo. 

Diferenciamos tres tipos de materiales compuestos según su matriz: Material compuesto con matriz metálica, cerámica y polimérica. En los materiales compuestos con matriz metálica, diferenciamos entre refuerzo de fibras (aportan buenas propiedades en la dirección de las fibras), whiskers (fibras cortas), partículas (dan isotropía, menor costa). Ejemplo: GLARE (laminado fibra–
Metal para fuselajes de aviones). En los materiales compuestos con matriz cerámica, diferenciamos entre cerámicas reforzadas con fibra continua (isotropía) o reforzadas discontinuamente (anisotropía). Ejemplo: herramientas de corte, turbinas, etc. En los materiales compuestos con matriz polimérica, diferenciamos entre compuestos con matriz termoestable y termoplástica. La termoplástica cuando funden son muy viscosos y dificulta la impregnación del refuerzo. Tienen una temperatura a partir de la cual empiezan a fluir y se utilizan por su bajo coste. La termoestable, se parte de sustancias precursoras muy líquida (poco viscosa) por ello impregna muy bien toda la fibra.

3. ¿Cuáles son las funciones más comunes de las segundas fases incorporadas a una matriz cerámica?

Diferenciamos de refuerzo con fibra continua y con fibra discontinua. Sus funciones principales son aumentar la tenacidad y deformación a rotura de las cermámicas para uso en aplicaciones estructurales, matiendo el resto de propiedades (dureza, baja densidad, resistencia química, resistencia al choque térmico, etc)

La fibras discontinua son refuerzos a base de partículas, fibras cortas o whiskers, y presentan propiedades mecánicas más limitadas a la vez que isotropía. Las fibras contínuas a diferencia, presentan anisotropía ( mejores propiedades mecánicas en la dirección de las fibras) y presentan unas mejores propiedades específicas de cada finalidad en dicha dirección.

5. ¿Cómo se denominan y en qué se diferencian los dos principales tipos de fibras de carbono?

Hay diferentes tipos de fibras de carbono en lo que respecta la tipología del tejido de las fibras.

Normalmente las fibras de carbono son tejidas por múltiples fibras que forman unentramado, dependiendo del tipo de entramado obtendremos unas propiedades u otras. Existe el entramado uniderccional, el bidireccional, el ondulado, etc. Normalmente se habla de carbono 1K, 3K, haciendo referencia al ancho del tejido.

6. A nivel de conformado y de las propiedades finales del material compuesto resultante de dicho conformado, ¿qué ventajas y limitaciones presenta la incorporación de un refuerzo estructural (por ejemplo, un tejido de fibra de vidrio) frente a un refuerzo discontinuo (por ejemplo, fibra de vidrio corta) a una matriz polimérica termoestable?

La ventaja de utilizar un refuerzo estructural continuo como la fibra de vidrio, es que obtendremos propiedades optimizadas en la dirección de las fibras, lo que se conoce como anisotropía. En cambio, con un refuerzo discontinuo no buscamos priorizar tanto obtener dicha

propiedad sino que se busca mejorar la pieza a un nivel mas general e isotrópicamente, en todas las direcciones de la pieza

7. ¿Cuáles son los metales más comúnmente empleados como matrices en materiales compuestos? ¿Por qué?

Sobretodo el Aluminio, Magnesio y Titanio, presentan baja densidad y buenas propiedades. Son resistentes a la corrosión y a las temperaturas. En los materiales con matriz metálica interesa aumentar la dureza y la rigidez.

8. ¿Cuáles son los materiales poliméricos más comúnmente empleados como matrices en materiales compuestos? ¿Por qué?

En los materiales compuestos por matriz polimérica se aprovecha la resistencia a fatiga y corrosión de los materiales poliméricos. También interesa su baja densidad y facilidad de fabricación. Las matrices más comunes son la resina de epoxi, poliéster, caucho, etc. Resultan las más usadas ya que su coste no es elevado y su utilización como matriz no necesita de un proceso muy complicado para usarlas como tal.

10. Indique el nombre del proceso de conformado y explique brevemente el procedimiento para obtener un material compuesto de matriz metálica con un refuerzo basado en fibras continuas.

El proceso de difusión, en este proceso se trata de aplicar presión en caliente sobre láminas de material apiladas entre las cuales se ha insertado el refuerzo. La presión provoca la migración atómica de los componentes y provoca la uníón de matriz y refuerzo. Para el caso descrito en el enunciado se puede utilizar láminas de metal (la matriz), teniendo las fibras continuas insertadas entre las capas de la matriz y posteriormente pasando por una serie de rodillos para aplicar presión. Seria un proceso similar al de extrusión de láminas.

11. ¿Cuáles son las problemáticas más comunes en los materiales compuestos de matriz cerámica? ¿Y en los de matriz polimérica? Indique un ejemplo de cada tipo de compuesto, así como sus posibles aplicaciones. 

De las matrices cerámicas uno de los problemas que presentan son la compatibilidad química de la matriz con el refuerzo, es decir, si el refuerzo y matriz quedaran bien unidos para que la matriz transmita correctamente los esfuerzos al refuerzo. Otra problemática es la dificultad del procesado por su baja ductilidad. De las matrices poliméricas la mayor problemática es si el material se quiere utilizar a bajas temperaturas, podría provocar la quiebra de dicha pieza. Y al igual que las matrices cerámicas hay que asegurar que la matriz y el refuerzo son compatibles químicamente. Por el contrario son buenas a que presentan elevada resistencia a fatiga y corrosión, y baja densidad.

12. ¿Cómo se denomina el proceso para fabricar de forma continua compuestos de matriz polimérica con fibra continua (por ejemplo, epoxi + fibra de vidrio continua)? Explique de forma esquemática dicho proceso. ¿Cuáles son las carácterísticas finales de los productos fabricadas usando este proceso?

Se denomina impregnación o pultrusión, las fibras son recogidas de los bobinados que alimentan la fibra continua, se impregnan en resinas, posteriormente se compactan y curan a determinada temperatura y por último se obtiene el perfil deseado. Se trata de un proceso muy similar al de extrusión convencional. El producto final de este proceso tendrá propiedades anísótropas, en la dirección de las fibras, optimizando la propiedad deseada en dicha dirección.

13. ¿En qué se diferencia el moldeo por inyección de resina (RIM) del moldeo por inyección de un termoplástico?

La diferencia entre ambos procesos es que en la inyección por resina porque el refuerzo seco y la resina se juntan dentro de un molde para formar una pieza de material compuesto. Se trata de un proceso no demasiado costoso, con buen acabado superficial, capacidad de producir piezas grandes dimensiones y complejas y el volumen de fibra o refuerzo es totalmente controlable. En la inyección de termoplástico normalmente no se utilizan refuerzos internos, se trata de un material no compuesto y la problemática que hay es la de que el núcleo siempre tarda mucho más que la piel en enfriar y cuando lo hace contrae pudiendo ocasionar defectos.