POLIMEROS Y CERAMICAS

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CAPITULO1INTRODUCCIN 1.1 GENERALIDADES Elpesodelasaeronavesenaviacinesmuyimportanteycrtico,adems de las propiedades mecnicas de los materiales utilizados en la construccin delasmismas,losmaterialesqueactualmentepresentanlasmejores propiedades mecnicas y son de uso generalizado en la aviacin de nuestro pas son los metlicos. Elusodematerialescompuestosparasuaplicacinenlaindustria aeronutica se ha expandido rpidamente en los ltimos aos. Sin embargo, prcticamenteentodossusaspectos,elusodeestosmaterialesinvolucra unatecnologadistintaalausadaconlosmetales.Estosmaterialesson intrnsecamentediferentes,tantoenprocesosdemanufactura,diseo estructural y desempeo en servicio, particularmente considerando la causa y naturaleza del dao que pueden soportar. Ensuafndemantenertecnologadepunta,elCIDFAE(Centrode Investigacin y Desarrollo de la Fuerza Area Ecuatoriana), se ha visto en la imperiosa necesidad de incorporar materiales compuestos que reemplacen a ciertos tipos de metales y aleaciones que se vienen utilizando en la industria aeronutica entre los que podemos destacar a la fibra de vidrio, de carbono y kevlar, los mismos que pueden proporcionar combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a temperatura alta, resistencia a la corrosin y dureza. Enelpasnosehaincursionadoprofundamenteenestetema,noseha explotadotodoelpotencialqueestosmaterialestienen,yseloshavenido utilizandoentrabajosaeronuticosdeunmodoartesanalyemprico;el CIDFAE ha incursionado limitadamente en este campo, lo que ha conllevado a una subutilizacin de recursos tanto materiales como econmicos. 2 El presente proyecto de investigacin, dar la posibilidad de extenderlo para su aplicacin en campos no solamente afines a la aeronutica, sino tambin aotrotipodeindustrias.Adems,permitirdemostrarlabuenaformacin profesionaldelosestudiantesdelaFacultaddeIngenieraMecnicadela ESPE y que una investigacin cientfica desarrollada en nuestro pas puede tener tanta validez como una desarrollada en el extranjero. 1.2 OBJETIVOS El presente proyecto se plantea los siguientes objetivos: 1.2.1OBJETIVO GENERAL Realizarunanlisisdelcomportamientodelosmaterialescompuestosbajo diversas configuraciones en cuanto a propiedades mecnicas se refiere. 1.2.2OBJETIVOS ESPECFICOS Utilizar las fibras: fibra de carbono, fibra de vidrio y kevlar y resinas epxicasqueseutilizanenelCIDFAEcomoelementosdenuestra investigacin. Determinarlosensayosderesistenciamecnicaarealizarseenlas probetas Construir las probetas necesarias para realizar los ensayos. Analizarlosresultadosdelosensayos,determinandonuevas configuraciones que presenten diferentes propiedades. Desarrollar modelos empleando software Establecerlineamientosparalarealizacindelosensayos destructivos susceptibles de aplicacin en los materiales compuestos. 31.3 ALCANCE DEL PROYECTO Nuestrotrabajopretendebuscarcombinacionesdedistintosmateriales, capaces de igualar o mejorar las caractersticas de los materiales metlicos actualmenteutilizadosenaviacin.Aunquealfinalnosellegueaobtener materiales compuestos de aplicacin directa en aeronutica y en general en la industria, nos va a permitir profundizar en el conocimiento de este tipo de materiales,principalmenteestableciendounarelacinentreparmetros microscpicos (estructurales) y parmetros macroscpicos (mecnicos). 1.4 JUSTIFICACIN DEL PROYECTO Porlomencionadoanteriormente,elestudiodelosmaterialescompuestos implica un desafo, lo que nos obliga a adentrarnos en este amplio campo de laIngenieraMecnica,conelfindeoptimizarlautilizacindeestetipode materiales, en la industria nacional. La principal razn para utilizar los materiales compuestos en la aviacin, es ladisminucinenpesoquepuedelograrse,debidoasualtarelacin resistenciapeso,yrigidezpeso,comparadaconmateriales convencionalesdeaviacin,comosonlasaleacionesdealuminio.Este ahorro de alrededor del 25 % es generalmente considerado para usar estos compuestos en lugar de compuestos metlicos. Nosotrosconfiamosquenuestroproyectosejustificaporlassiguientes razones: Incrementa el nivel del desarrollo aeronutico en el pas. Seabrecampoenuntemaenelquenosehaincursionadocon suficiente investigacin. Disminuyeloserroresdeconstruccindeelementosrealizadoscon este tipo de materiales. Disminuir el tiempo de utilizacin de lamano de obra, que puede ser utilizada para realizar algn otro tipo de actividad. 4Permitir tecnificar los procesos de trabajo del personal. Permitirexpandirelusodelosmaterialescompuestoshaciaotras industrias, de acuerdo a los parmetros que stas requieran. Disminuircostosdemateriaprimayevitareldesperdiciode materiales. Elusocorrectodeestosmateriales,bajolosparmetrosa investigarse,permitirdisminuirelpesodelasaeronaves,loque conlleva un inherente ahorro en el uso del combustible de las mismas. Elconstantedesarrollotecnolgico,nosobligacomoIngenieros Mecnicos,allevaradelanteprocesosdeinvestigacindenuevos materiales,tecnologas,procesosysolucionesquepermitanreducir costos de produccin que atraigan a la inversin, tanto nacional como extranjera hacia nuestra industria. Lainvestigacinpermitircomplementarlosslidosconocimientos adquiridos en la carrera de Ingeniera Mecnica y quedar sentado el carcteremprendedoreinvestigadorinculcadoalosalumnosdela Escuela Politcnica del Ejrcito. 52) CAPITULO2 MATERIALES COMPUESTOS EN AVIACIN 2.1PRINCIPIOSBSICOSDELASFIBRASDEMATERIALES COMPUESTOS Las construcciones de plsticos reforzados con fibras son, en muchos casos, elementos superiores a los construidos con materiales convencionales, esto no slo se debe a sus particulares cualidades especficas de densidad, sino tambinalalibertaddeconformacinposible.Encontraposicinalusode losmaterialesisotrpicosconvencionales,elconstructorpuededisearlas propiascaractersticasdelmaterial,alemplearlosmaterialesanisotrpicos composites.Este"gradodelibertad"aadidopermiteconstrucciones totalmente nuevas. Por ejemplo, un recipiente a presin de acero (isotrpico) debetenerformaesfricaparaalcanzarlarelacinptimapeso/capacidad. Estadependenciadelageometrayanoesobligatoriaalutilizarplsticos reforzadosconfibras.Yaqueesposible"construir"elmaterial,puede llegarse a una solucin ptima para otras formas de recipientes, dotando al material de las caractersticas adecuadas. Paraelaprovechamientointegraldelasventajasdeloscompositeses necesariocomprenderelcomportamientodelosmaterialesanisotrpicosy el conocimiento de sus mtodos de interpretacin y clculo, cuyos elementos bsicos se exponen en los captulos siguientes. Losmaterialescompuestosseproducencuandodosomasmateriales identificables distintos se unen para formar una combinacin de propiedades que no pueden obtenerse en los materiales originales. Un mejor desempeo en el campo aeronutico se ha dado en las ltimas dcadas debido al uso de materialescompuestosenlugardemetales.Estosmaterialespueden seleccionarseparaproporcionarcombinacionespocousualesderigidez, resistencia,peso,rendimientoaaltatemperatura,resistenciaacorrosin, 6dureza o conductividad. Losmaterialescompuestosusadosparaestructurasaeronuticas pertenecen a la clase conocidas como fibras compuestas comprendidas de fibrascontinuasunidasenunamatrizderesinaoplstico.Aqu,lasfibras proveenalcompuestodelaspropiedadesestructurales,mientrasquela matrizsirveprincipalmenteparaenlazarlasfibrasdentrodeunaentidad estructural. Laprincipalraznparausarmaterialescompuestosenaviacinsedebea sumayorrelacinesfuerzo/pesoydureza/peso,comparadaconlos materialesconvencionalesdeconstruccinaeronuticacomosonlas aleacionesdealuminio.Lasdisminucionesdepesodealrededordel25% son consideradas para aprovechar el uso de materiales compuestos en lugar de metales. Para aplicaciones aeronuticas, las principales fibras que se han usado son degrafito(fibradecarbono),aramida(kevlar),boroyvidrio,yelprincipal materialdelamatrizesresinaepxica.Noexisteunauniformidadenlos nombresdadosalosmaterialescompuestos;unapracticausualesescribir elnombreenunformatofibras/matriz.Enlaterminologaantes mencionada, podramos ejemplificar estos compuestos como grafito/epxica, boro/epxicayvidrio/epxica.Unaventajadeestanotacinesquepuede seradaptadaparadescribirsistemascompuestosespecficos,porejemplo, el sistema grafito/epxica que usa fibras Thornel T300 y resina Narmco 5208 puede abreviarse como T300/5208. Lasfibrasdegrafito,sonmejorconocidascomofibradecarbonoylos compuestosasociadossonllamadoscompuestosdefibradecarbono.Las fibrasdearamidafuerondesarrolladasporDuPont,yelnombredesu propiedad para estas fibras fue Kevlar, el cual es comnmente usado, sin embargo su nombre original fue PRD-49. 7Debidoalafaltadeestandarizacinenlanomenclaturadelosmateriales compuestos, se us inclusive los trminos fibra de carbono-refuerzo plstico, fibradeboro-refuerzoplstico,yfibradevidrio-refuerzoplstico,esta terminologaerainadecuada,enpartedebidoaquesugeraquelasfibras actuabancomosoportedelamatrizplstica,mientrasquelasituacinreal es al contrario. 2.1.1 GENERALIDADES Unafibradematerialcompuestoconsisteusualmentedeunaomsfases filamentarias,unidasaunamatriz.Laproporcinentrelalongitudyel dimetro de las fibras, puede variar entre 10 y el infinito. Su escala, respecto al material a granel, puede ir de microscpica hasta macroscpica. Loscomponentesdeloscompuestos(fibrasymatrices)puedenser clasificadosconvenientementesegnsumodulodeelasticidady ductilidades.Dentrodelcompuesto,lasfibraspueden,engeneral,estaren forma de fibras continuas, fibras discontinuas, o whiskers (cristales muy finos conlongitudesdelordende1-10m)ypuedealinearsealosgrados variantes u orientarse al azar. 2.2 SISTEMAS DE FIBRA Cuando se combinan con una matriz, las fibras de refuerzo son las que dan la resistencia primaria del compuesto. Existen cinco tipos comunes de fibras de refuerzo:Fibra de vidrioAramida Fibra de carbono Fibra de Boro Fibras cermicas Estosmaterialesbsicospuedenserusadosencombinacinconotros tejidoshbridosenpatronesespecficos(cienciadelasfibras),en 8combinacinconotrosmaterialescomoespumasrgidasosimplementeen combinacinconvariosmaterialesparamatriz.Cadacompuestoen particular provee ventajas especficas. 2.2.1 TIPOS DE FIBRAS 2.2.1.1 Fibra De Vidrio Comosunombreloindica,lafibradevidrioconsistedepequeascuerdas de gel de slice fundido, las cuales luego son tejidas y tramadas en forma de tela.Existenvariostiposdetramadetejidodisponibles,dependiendodela aplicacin en la que se va a usar. Su amplia disponibilidad y su bajo costo, la hacen que se constituya en un o de los sistemas de fibra mas difundidos. Lafibradevidriopesamsytienemenorresistenciaquelamayorade fibras.Lafibradevidrioenelpasadohasidousadaparaaplicacionesno estructurales.Eltejidoerapesadoyseusabaconresinasdepolister,las cuales hacan al compuesto quebradizo. La fibra de vidrio se ha beneficiado conelaparecimientodenuevasformulasdematrices.Existendostipos comunes de fibra de vidrio: la E-glass y la S-glass. E-glass es tambin conocida como elctrica, debido a su alta resistividad. Es un vidrio de boro silicato el cual es el ms comnmente usado. S-glass es un vidriomagnsico-alumnico-silicato,elcualesusadodondeunaalta resistencia a la traccin es requerida. Figura 2-1: Fibra de vidrio Cuando es usada con nuevos tipos de matriz, y con una correcta aplicacin 9delacienciadelasfibras,seconvierteenunexcelenteelementode refuerzo, aplicable a usos avanzados. Algunos de los nuevos compuestos a partir de fibra de vidrio se comparan favorablemente en trminos de relacin resistencia-pesoconlostradicionalesmaterialesdealuminio.Combinado adecuadamenteconotrasfibrasmascarascomoelKevlarofibrasde carbono, puede producir un material hbrido de bajo costo y alta resistencia. 2.2.1.2 Fibra Aramida LafibraAramidasecaracterizaporsucoloramarillo,bajopeso,excelente resistenciaalatraccinynotableflexibilidad.Sonfibrasdepoliamida, relacionadasconelnylonconvencional.,perocuyascadenasalipticas (estructuramolecularesunacadenaabierta)sonremplazadasporanillos aromticos (molculas cclicas, no saturadas, cuya estabilidad es superior a ladelasestructurasdecadenaabiertaconigualnmerodeenlaces mltiples). El Kevlar es una marca registrada de Du Pont Company y es la aramida mas conocida y mas difundida. El Kevlar se estira mucho antes de romperse. La resistencia a la traccin del aluminio aleado es cerca de 65000 psi, o cerca de de un compuesto de Kevlar. No obstante, el objetivo en la aviacin no es siempre tener una parte fuerte, sino preferiblemente tener unapartedebajopeso.UsandorefuerzosdeKevlar,uncomponente puede ser fabricado con la resistencia de un metal pero con una fraccin de su peso. Figura 2-2: Kevlar ElKevlarestructuralusadoenaviacinesconocidocomoKevlar49.El Kevlar 29 es usado para botes y el Kevlar 129 es un material de prueba para balstica.Estosmaterialesdifiereneneltejido,pesoyprocesode 10manufactura. La aramida es un material ideal para usarse en aviacin, en partes que estn sujetasagrandesesfuerzosyvibraciones.Perolaaramidatambintiene susdesventajas.Debidoaquelaaramidaseestira,puedecausarlos problemascuandoestcortado.Taladrarlaaramidapuedenserun problemacuandoeltaladroagarraunafibraylatirahastaelpuntodela ruptura.Estematerialparecerrizado.Sielmaterialrizadoalrededordelagujeronoseeliminaonosesellanlascosturaspuedeactuarcomouna mechaypuedeabsorberhumedad.Lahumedadenformadeagua,aceite, gasolinaofluidohidrulicosibiennodaaalaaramida,puedencausar problemas con los sistemas de resina usados causando su deterioro, lo cual puede causar que las capas de la lmina se separen. Los rizos alrededor del agujero taladrado tambin pueden impedir a un broche sentar propiamente. Lo qu puede causar la falla de la junta. 2.2.1.3 Fibras De Carbono (Grafito) Lafibradecarbonoylafibradegrafitoserefierenalmismomaterial.Esta fibranegraesmuyfuerteydura,usadaporsuscaractersticasderigidezy resistencia. Las fibras de carbono son usadas para fabricar componentes de estructuras primarias tales como costillas y superficies alares. Figura 2-3: Fibra de carbono Lafibradecarbonoesmasfuerteenresistenciadecompresinqueel Kevlar, sin embargo es mas quebradiza que el Kevlar. La fibra de carbono es corrosiva cuando se junta con aluminio. 112.2.1.4 Fibra De Boro Las fibras de boro son hechas depositando boro sobre un filamento delgado de tungsteno. La fibra resultante es de cerca de 0.004 pulgadas de dimetro, tiene excelente resistencia a la compresin y dureza. Debido a que trabajar con boro puede ser peligrosodebido a su toxicidad adems de caro, no es comnmente usado en aviacin. Encasodenecesitarlaspropiedadesdelafibradeboroserealizan materiales hbridos a partir de otras fibras. 2.2.1.5 Fibras Cermicas Lasfibrascermicassonusadasdondesenecesitaparaunaaplicacinde alta temperatura. Esta forma de compuestos retendr la mayora de la fuerza yflexibilidadalastemperaturasdehasta2200 OF.Losazulejosenun trasbordadorespacialsonhechosdeuncompuestocermicoespecialque es resistente al calor y lo disipa rpidamente. 2.2.2 USO DE FIBRAS Elavanceenelusodelosmaterialescompuestoshadadopieparaque nuevasfibrasderefuerzoseandesarrolladas.Enlaactualidad,lasfibras ms usadas son: fibra de vidrio, aramida y fibra de carbono. En el siguiente cuadrosedetallanlosdiferentestiposdematerialysuuso.Ntesequeel boro es la nica fibra que va declinando su uso: 12Cuadro 2-1: Demanda de compuestos en EEUU (toneladas) ITEM1977198719922000 NUEVOS MATERIALES113.251202.252450.006000.00 AVIACIN53.95843.951745.004275.00 TIPO DE FIBRAS CARBONO26.60247.65540.001426.5 ARAMIDA18.05235.80433.50939.00 BORO1.550.750.500.40 OTRAS0.100.401.004.10 2.2.2.1 Colocacin De Las Fibras La resistencia de un material compuesto depende de la trama del tejido del material,delprocesodemanufactura,decmolamatrizesaplicada,la resistenciaa la traccin del filamento y el diseo de la parte. Lasresistenciasalatensindealgunosdelosmaterialesestndadasde acuerdo a los parmetros de fabricacin. Puesto que los compuestos usados enaviacinseusanconresinas,estastiendenahacermasfrgilla estructura, causando que se rompa a un esfuerzo de traccin menor. Para determinar la resistencia de un material de refuerzo en un laminado de 50%defibray50%deresina,setomalaresistenciaalatraccindela resina sumada a la de las fibras y se divide para dos. 2.2.2.2 Ciencia De Las Fibras Lacolocacinselectivadelasfibrasparalogrardiferentesresistenciasde acuerdoalaaplicacinesconocidacomocienciadelasfibras.La resistenciaydurezadeuncompuestodependedelaorientacindelas lminasdeacuerdoconladireccindelacarga.Unmetaltienelamisma resistenciaencualquierdireccinindependientementedeladireccindela 13carga. Porejemplolahojadelrotordeunhelicpterosoportagranesfuerzoalo largodesulongituddebidoalafuerzacentrpeta.Siseloconstruyede aleacin metlica, la resistencia ser la misma en todas las direcciones, por lo cual se estar dando resistencia en lugares que no lo necesitan. Si se fabrica de materiales compuestos, la hoja puede prestar la resistencia adecuadadeacuerdoalacolocacindelasfibrasconelfindequesu resistencia sea la adecuada en los lugares que soportan mayor esfuerzo. As podran referirse los vectores de colocacin como 0o para referirse a cargas axiales, 45o para referirse a cargas cortantes o 90o para reaccionar a cargas laterales. 2.3 SISTEMAS DE RESINA La matriz en un material compuesto tiene tres principales funciones: Sostener juntas a las fibras Distribuir la carga entre las fibras Proteger las fibras del medio ambiente Elmaterialidealdelqueunamatrizeshechadebeser,inicialmenteun lquido de baja viscosidad que puede ser rpidamente convertido a un slido duro y durable, adecuadamente ligado a la fibra de refuerzo. Mientras que la funcindelrefuerzofibrosoesllevarlacargaenelmaterialcompuesto,las propiedadesmecnicasdelamatrizpuedenafectarsignificativamentela formaylaeficienciaconlacuallasfibrasoperan.Lamatrizayudaauna distribucinmasuniformedelosesfuerzosentretodaslasfibras,haciendo que todas sufran el mismo esfuerzo. El esfuerzo se transmite por un proceso cortante que requiere una buena unin entre las fibras y la matriz. Comolacargaesllevadaprincipalmenteporlasfibras,laelongacindel 14materialcompuestoensuconjuntoestalimitadaporlaelongacinmxima quesoportanlasfibrasantesdesurotura.Usualmentedel1al1.5%.La propiedad significativa de la matriz es que esta no debe agrietarse dentro de este nivel de esfuerzo. Laspropiedadesmecnicasdelamatrizydelauninentrelamatrizyla fibradominanlaspropiedadesfsicasdelcompuesto.Lamatrizesmucho ms dbil y ms moldeable que la fibra, y por lo tanto una carga transversal enlamatrizdebeserevitadatantocomoseaposibleeneldiseodelos componentes de un material compuesto. Lamatrizylainteraccinentrelafibraylamatrizpuedentenerunefecto significante en la propagacin de fallas a travs de un compuesto. 2.3.1 TIPOS DE RESINA Lossistemasdematrizderesinasonuntipodeplstico.Existendos categoras generales de plsticos: termoplsticos y termofijos. Estos son los dostiposfundamentalesdeplsticos,conbaseensuscaractersticasde deformacin a temperaturas elevadas. Comosunombreloindica,unmaterialtermoplsticosedeformaconla temperatura,entantoqueuntermofijotieneformapermanenteynose deforma con la temperatura. Ladiferenciafundamentalentreambostiposeslaausenciadeenlaces transversalesenlospolmerostermoplsticosylapresenciadeenlaces transversales en las cadenas macromoleculares de los termofijos. Durante la deformacin,lascadenasmolecularesdelostermoplsticossedeslizan unasalladodeotras,entantoquelascadenasdelostermofijosnose pueden mover. Las resinas termoplsticas son aquellasque usan calor para el conformado 15en la forma deseada, la cual no es necesariamente permanente pues puede revertirse si se calienta nuevamente el material. Los termoplsticos se componen de molculas lineales largas, cada una de lascualespuedetenercadenasogruposlaterales)esdecirmolculas ramificadas, pero no unidas por enlaces transversales). Podemos pensar en lascadenascomocuerdasindependientesyentrelazadas,parecidasa fideos.Alcalentarse,lascadenasindividualessedeslizanyprovocanun flujoplstico.Portanto,sepuedenderretirymoldearunayotravezpor calentamientoyenfriamiento,loquepermiteutilizarnuevamentelos desperdicios. Engeneral,lostermoplsticosofrecenmayorresistenciaalimpacto,ms facilidaddetratamientoyadaptabilidadadiseoscomplejosquelos termofijos Lostermofijossonresinasqueexperimentanuncambioqumico,llamado curado,durantesuelaboracinafindeformarestructurasconenlaces transversales y tornarse permanentemente insolubles e infusibles. Por tanto, no se pueden derretir y procesar de nuevo. Lasresinastermoendureciblesusancalorparasuconformadoenlaforma deseadaperoestasevuelvepermanenteenunprocesoirreversible.Los desperdiciosdepolmerostermofijosdebenserdesechadosoutilizados como relleno de bajo costo en otros productos. Los termofijos se suministran enformalquidaocomopolvodemoldeo,siendolaprimera,laformams comn de expendio comercial. Cuandoannohansidocurados,lostermofijossepuedenmoldearpara darleslaformadelproductoterminado,paradespuscurarlosmediante productos qumicos (agentes de curado) o calor. 162.3.1.1 Sistemas De Resina Epxica Las resinas epxicas son un tipo de resinas termofijas. Son conocidas por su excelentecapacidaddeadhesin,resistenciaaesfuerzos,resistenciaala humedadyalosqumicos,yporofrecerunaomsdelascaractersticas siguientes: 1.Gran estabilidad trmica 2.Resistencia a la fluencia ya la deformacin con carga 3.Gran estabilidad dimensional 4.Gran rigidez y dureza Estas ventajas son adicionales a la ligerezayalasexcelentespropiedades deaislamientoelctricoquesoncomunesatodoslosplsticos.Estos materialesseprestanparalaconformacinomodeladomediantedistintos tipos de procesos de conformado, como veremos ms adelante. Loscompuestosparamoldeodetermofijosseutilizanprincipalmenteenlo queseconocecomomaterialescompuestosdeavanzada,constituidospor dos ingredientes principales: 1.Unsistemaderesinaque,porlogeneral,contienecomponentestales como agentes de curado, endurecedores, inhibidores y plastificantes, y, 2.Rellenosorefuerzos,quepuedenconsistiren:partculasmineralesu orgnicas;fibrasinorgnicas,orgnicasometlicas;ytelaopapel picado, inorgnico u orgnico. Elsistemaderesinaproporcionalaestabilidaddimensional,lascualidades elctricas,laresistenciaalcalor,laresistenciaqumicaylascualidades decorativasydeinflamabilidad.Losrellenosyrefuerzosimpartenla resistenciamecnicaylatenacidad,yenciertoscasoslascualidades elctricas. 17Lacalidaddelosenlacesdemateriallogradodependerdelamaneraen que las juntas son diseadas y las superficies preparadas. Los enlaces son diseados de acuerdo a lanecesidad especfica. Losepxicosseutilizanconmuchamayorfrecuenciaenlosmateriales compuestosdeavanzada:porejemplo:epxicoconfibradegrafito.Para aplicacionesestructuralesenaeronavescomercialesymilitares.Sus propiedadesgeneralesincluyen:tenacidad,menoscontraccinduranteel curado,buenaresistenciaalaintemperie,pocaabsorcindehumedad, curado sin desprendimiento de productos secundarios, buena humectacin y adhesin a una amplia gama de superficies. Otras cualidades excelentes son: buenas propiedades mecnicas y trmicas, excelenteresistenciaalafatiga,sobresalientespropiedadeselctricasa temperaturastantoabajascomoaaltas,excepcionalresistenciaalagua, prcticamente resistentes a los hongos y resistencia general a la corrosin. Lapropiedaddeadhesividadconviertealosepxicosenexcelentes materiales para encapsular componentes electrnicos y de otros tipos, para revestircasicualquiermaterial,comoacero,plsticoyotros,ycomo adhesivosparaunirmaterialessimilaresodiferentes,comoplstico,acero, aluminio, madera o vidrio. 2.3.1.2 Otros Sistemas De Resina Resinasacrlicas:Engeneralsonresinasmuycostosas,surangode temperaturasdeusovadesdelos177alos232C,raznporlacualse empleanenmuypocosproductosdeconsumo.Suusoprincipalesen conectoreselctricosdesistemasdecomunicacionesencomputaciny aeroespaciales. Resinasbismaleimidas:Sonpolmerosdecondensacinresistentesa temperaturasmuyaltas.Lasresinasbismaleimidaspresentanlasmisma 18caractersticasdeseablesquelosepxicos,peroconintervalosde temperaturasdeserviciomsaltos,de205a232C.Comotales,se emplean como matriz en materiales compuestos para aviones de tipo militar yenelsectoraeroespacial.Tambinseutilizanenlamanufacturade tarjetas de circuitos impresos y como revestimientos resistentes al calor. Resinasmelaminas:Seconocensobretodoporsuextremadureza,su excelentecolorabilidadpermanente,ysuresistenciaalaflamacon autoextincin. Debido a que no imparten sabor ni olor a los alimentos slidos ylquidos,seutilizanparaelaborarvajillasyartculosdomsticos.Conlas melaminas se utilizan diversas clases de rellenos, a fin de satisfacer diversos requisitos.Paraplatosyartculosdecocina,elrellenoesdecelulosa,para conseguirresistenciaelctricaseusanrellenosminerales,yseagregan refuerzosdetelaodevidrioparamejorarlaresistenciaalimpactoyala tensin. Resinasfenlicas:Sontodavatermofijosdebajocostoyparausos generalesqueseadaptanaunamultituddeaplicaciones.Seformulancon unsistemadecuadrofenlicodeunaodedosetapas.Engeneral,la elaboracindelasresinasdeunaetapaesunpocomscrtica.Estas resinastienenpropiedadesalgoinferioresalasdelostermofijosdemayor costo,peronormalmentesonmsfcilesdemoldear.Presentanexcelente resistencia al calory a la flama, una alta temperatura de flexin como carga, buenaspropiedadeselctricas,excelentemoldeabilidadyestabilidad dimensional y buena resistencia qumica el agua. Resinasdeureaformaldehdo(UF):Estndisponiblesenunaamplia gamadecolores,desdetranslcidas,incolorasyblancas,lashaydetodos loscoloreshastaunnegrolustroso.Sonmaterialesnoinflamables(auto extinguibles),inodoroseinspidos.LasaplicacionesdelasUFincluyen artculossanitarioscomoasientosdeexcusado,perillas,cierres,botones, accesorios elctricos, laminados, etc. 19 2.4FORMA DE LOS COMPONENTES Y MANUFACTURA Elreforzamientoconfibrasesesencialmenteunprocesodefortalecimiento unidimensional.Debidoaquelamayoradecomponentessufrenesfuerzos en varias direcciones, una importante funcin del proceso de conformado es orientarlasfibrasenlamatrizenladireccinapropiadayseleccionarlas proporciones adecuadas para obtener las propiedades mecnicas deseadas. Elprocesodeconformadodebetambindefinirlaformadelos componentesylaspropiedadesrequeridasdelamatriz.Enunaestructura de fibra ideal, las fibras deben estar alineadas con la trayectoria del esfuerzo principal y ser concentradas en proporcin directa a la magnitud del esfuerzo aplicado.Esteesquemaidealpuedeobservarseenelementosnaturales como los huesos y la madera. Los elementos utilizados en aviacin hechos de composites son usualmente fabricados por mtodos de laminado, en los cuales las lminasdel material o materiales a utilizarse son colocadas una sobre otra, a manera de capas, consusfibrasorientadasadistintosngulosseleccionadospreviamente, luegodeserimpregnadosconresina,seesperasucompletocurado, dependiendodelmtodoaserutilizado,apresionesytemperaturas controladas. En el uso de composites, el material de la matriz que generalmente se utiliza esladetipoepxica,peroparadeterminadasconfiguracionesde composites,sepuedenutilizarotrotipodematrices.Deigualforma,las fibrasqueseutilicenenlaconformacindeloscomposites,puedenser: fibras de vidrio, carbono, kevlar, entre otras. 20 Figura 2-4: Diversos tipos de tejidos de fibras Laconfiguracinmsutilizadaenlaformacindeloslaminadosde composites,consisteencapasorientadasa0,45y90,dichas direccionesestntomadasrespectodelejeprincipalsobreelquese encuentra aplicada la carga en la pieza a elaborar, en el caso de un ala, en sudireccinprincipaldeenvergadura. Esencialmente,lasfibrasorientadas a 0 son las que se ocupan de los esfuerzos principales en esa direccin, las orientadas a 45, son la que resisten las cargas de torsin, mientras que las fibrasorientadasa90,sonlaquesoportanlascargastransversales.La cantidaddecapasdefibrasutilizadasencadaorientacin,depende 21especficamentedeltipodeaplicacinenparticularquesevayanautilizar. Adems,elrecubrimientoparaunpaneldetiposndwich(honeycomb), empleadoparalaconstruccindelacajadetorsinenlosaviones,est conformadaensumayoraporcapasconorientacionesa0y45,yun menornmerodecapasorientasa90,mientrasqueparaunpaneldela misma clase, pero utilizado en la construccin de una viga para el piso de la aeronave puede utilizar porciones iguales de capas orientadas a 0 y 90. Paraprevenirladeformacindelapiezamanufacturada,lascapasque conformanelcomposite,sonusualmenteorientadassimtricamentecon respecto al plano medio del laminado con igual nmero de capas orientas a-45 y +45. Figura 2-5: Pliego intralaminar de tejido hbrido Elprocesodeconformacindeloscompositesporcapas,esunproceso muy verstil de manufactura. Por ejemplo, permite crear una amplia gama de espesores de los laminados, permite la colocacin de capas de refuerzo en sitios de cargas crticas, como en los alrededores de orificios y entalladuras, inclusin de refuerzos metlicos en sitios de uniones, inclusiones de puntos duros,yconformacionesdepanelesconncleostipohoneycomb.Cuando seincluyenlminasorefuerzosmetlicos,generalmentesonunidoscon adhesivosespeciales,losmismosquesoncuradosjuntoconlaresinadel resto del composite. 22El laminado no necesita necesariamente ser conformado por un solo tipo de fibra.Sepuedenrealizarconstruccionesdetipohbrido,lasmismasque implicanlapresenciadedosomstiposdistintosdefibras,paraalcanzar determinadas propiedades, o simplemente por el hecho de abaratar costos. 2.4.1 MTODOS DE MANUFACTURA 2.4.1.1Moldeo Por Compresin Esteesunprocesodemanufacturaqueusaunmoldecompuestodedos partes:unmachoyunahembra.Eltejidoderefuerzoeshumedecidocon una matriz. Este es colocado en la parte hembra del molde y la parte macho del mismo es usada para dar forma a la parte. Si un material para ncleo se usa,eltejidoseenvuelvealrededordelncleodelaformadeseada. Nuevamenteseusanlasdospartesdelmoldeaplicarlapresinydarsu ltima forma a las partes.Molde MachoMolde Hembra Figura 2-6: Esquema del conformado por presin 232.4.1.2Empaquetado Al Vaco Molde temperadoBolsa de vaco Figura 2-7: Esquema de mtodo de conformado por bolsa de vaco Una pieza moldeada, hecha por tendido manual o rociado se puede curar sin aplicacindepresin.Paramuchasaplicacionesesteprocedimientoes suficiente,peroporloregularnoseconsiguelaconsolidacinmxima. Puedehaberciertaporosidad,quizlasfibrasnoajustencorrectamenteen esquinasinternasyradiosabruptosytiendanadesdoblarse,ypueden formarseregionesricasopobresenresina.Estosdefectossecorrigen aplicandounapresinmoderada,conlaconsecuentemejoradelas propiedades mecnicas y mejor control de calidad de las piezas. Figura 2-8: Empaquetamiento al vaco de un molde de probetas 24Un mtodo adecuado para aplicar una presin moderada es la utilizacin de la bolsa de vaco. El molde con el material compuesto empapado de resina lquida se encierra en una membrana o bolsa flexible, y se crea un vaco en suinteriorporabsorcindeaire.Lapresinatmosfricaenexteriordela bolsacomprimeentonceslabolsaomembranauniformementecontrael material compuesto hmedo. 2.4.1.3. Tendido Manual Eltendidomanualesel proceso ms antiguo y, en muchos de los casos el mssencilloyverstil,aunqueesmuylentoyrequieredemuchamanode obra. Esta tcnicade manufactura es menos precisa que las anteriores. Con estatcnicasecolocalafibraderefuerzojuntoconlamatriz,yluegose colocaestacapahmedasobreelmoldeaserfabricadoolasuperficiea ser reparada. Figura 2-9: Mtodo de conformado por tendido manual Si bien esta tcnica es menos precisa que las anteriores, es el procedimiento ms flexible y prctico para trabajar conmateriales compuestos. La facilidad deempleodestatcnicadecolocacindecapashmedas,hahechode stemtodolatcnicafavoritadequienestrabajanconmateriales compuestoslaminados.Adems,losmaterialesylametodologaasociada con ste mtodo de tendido manual, son los mismos que los usualmente son 25utilizadosparahacerreparacionesdeestructurasqueutilizanmateriales compuestos. Figura 2-10: Reforzamiento con fibra de vidrio de un mamparo con ncleo de madera triplex Una vez terminado la colocacin manual de capas, el conjunto se cura con o sincalor,yusualmentesinpresin.Tambinsepuedeusarunalmina previamenteimpregnada(pre-peg)dematerialsecoparcialmentecurado, comouncompuestoparamoldeodelminas(CML)peroenestecasose aplica calor, y es muy probable que tambin se apliquen presiones bajas. 2.4.1.4 Otros Mtodos Bobinado de Filamentos Otromtododemanufacturaquehaproporcionadoexcelentesestructuras con gran resistencia y dureza,es el mtodo del bobinado de filamentos. En este caso, la fibra de refuerzo es enrollada como un hilo continuo alrededor de la pieza a ser reforzada (ejes o bobinas), despus de pasar por un bao deresina.Paraalcanzarlaprecisinnecesaria al momento de colocar este hilo,serequieredelautilizacindeunamquinaespecializadaenla colocacindefilamentosparabobinas.Algunasdeestasmquinasutilizan hilospre-impregnadosderesina(pre-peg),otrassumergenalhiloenla 26resina,yseusaunreaespecialdesecadoparaescurrirelexcesode resina. Una vez que la fibra ha sido envuelto en el objeto deseado, la pieza elaborada con el material compuesto es colocada a secar, hasta alcanzar el curado deseado. FilametoGuiador del filamentoElemento a ser conformado Figura 2-11: Esquema bsico de un bobinado por filamento Estetipodeconformadohasidoutilizadoparaproduciralgunasdelas estructurasdematerialcompuestomsfuertesconocidasenlaactualidad. El bobinado de filamentos usado en la fabricacin de las palas de los rotores de helicpteros, hlices, e incluso fuselajes enteros. Figura 2-12: Maquinaria de bobinado de paneles circulares. 27 Figura 2-13: Panel semicircular bobinado por filamentos Pultrusin Enlapultrusin,setiradeunacombinacinderesinalquidayfibras continuas a travs de una matriz caliente de la forma requerida para elaborar perfiles o formas continuas, que pueden ser vigasestructuralesendobleT, canales en L, tubos, ngulos, barras, lminas, etc. Las resinas de uso comn sonpolisteresconrellenos,aunqueseutilizantambinepxicas,siempre quesuspropiedadessonnecesarias.Seempleanesterillasofibrastejidas para conseguir propiedades de capas cruzadas. Figura 2-14: Mquina de Pultrusin de piezas circulares de JAMCO 28 Figura 2-15: Mquina de Pultrusin de piezas circulares de JAMCO (vista frontal) Rociado Consisteenrociarsimultneamentefibraspicadas(porlogeneralfibrasde vidrio) y una resina catalizada, al azar, sobre la superficie del molde con una pistolarociadoradeaire.Lamasaresultante,msbienesponjosa,se consolidamedianterodillosestriadosqueexpulsanelaireyreduceno eliminanloshuecos.Aligualqueeneltendidomanual,avecesseaplica unaprimeracapaderecubrimientodegelsobreelmolde,seguidade aplicacionessucesivasdelmaterialcompuestorociadoantesdeaplicarel gel final (gel coat). 2.5APLICACIONES AERONUTICAS Unmayordesarrolloenelcampoaeronuticosehavenidodandodurante lasltimasdcadas,debidoalusodematerialescompuestosenlugarde metales en las estructuras de las aeronaves. La aeronutica y el mbito espacial utilizan composites de alto rendimiento. Los costes son altos en caso de utilizar masivamente refuerzos con fibra de carbono. El sector aeronutico constituye una importante parte del mercado en valor de los compuestos, mucho menor en volumen (aproximadamente el 4%). En laaeronutica, los composites se han impuesto para fabricar piezas 29deestructuraprimarias,graciasasusprestaciones,suscualidadesde ligereza y su flexibilidad de forma. Tramo central de aviones, vigas ventrales que rigidizan el fuselaje del Airbus A340/600, alas extremas del ATR 72 son ejemplos de ello. Figura 2-16: Diversas partes elaboradas con composites en el avin Boeing 727 Ladisminucintotaldepesoesde450kilosenunAirbus,locualpermite acogerseispasajerosadicionales.Unadisminucinde100kilosenla estructuradeuncohetealargasutrayectoriaen100kilmetros.Los materiales compuestos tambin tienen muy buena resistencia a la corrosin, locualreduceenconsecuencialosgastosdemantenimiento:laspalasde helicptero de materiales compuestos hay que cambiarlas al cabo de varios meses de utilizacin y las de metal cada 50 horas. Actualmente,lasaplicacionesmscomunesdematerialescompuestosen lasestructurasdeaviacinsonparalospisos,canopis,superficiedelas alas,colaysuperficiesdecontrol.Sinembargolassuperficiesdematerial compuestosonusadasconunasubestructurametlica,porejemplopara superficiesalaresseusamiembrosdealeacionesdealuminiopara 30componentestalescomocostillas,perotambinseusamiembrosde aleacin de titanio. Cuando se utiliza subestructuras metlicas, la superficie de material compuesto se une a estas mediante sujetadores metlicos, sean estospernos,remachesocualquierotroelementosimilar.Enhelicpteros, comoyasehaindicadoanteriormente,puedeaplicarseenhojasderotory en el eje impulsor. Acontinuacindaremosvariosejemplosdecompaasqueutilizanlos composites como materiales de fabricacin en sus aeronaves: 2.5.1 AVIONES MILITARES Figura 2-17: Estabilizador horizontal del F-14, primera unidad de produccin en base a compuestos de boro Laaviacinmilitarhavenidoutilizandomaterialescompositesdurante muchomayortiempoquelaaviacincivil.Muchosavionesyhelicpteros 31militaressonenlaactualidadfabricadosusandocomponenteshechoscon composites. Solamente mencionaremos algunos de los ejemplos de aviones militares que se fabrican con esta tecnologa. 2.5.1.1 Grumman X-29 Figura 2-18: Grumman X-29, configuracin de ala de tipo flecha inversa EldiseodelapartefrontaldelaladelGrummanX29requieredeuna extraordinariarigidezygranresistenciaalatorsin.Estaspropiedades fueron alcanzadas empleando filamentos de carbono/grafito en una compleja configuracin.Envuelo,lasfuerzasaerodinmicasaplicadasalX-29 tienden a torcer hacia arriba el borde de ataque del ala. La orientacin de las fibraslimitanlatorceduraypermitenqueelalaregreseasuconfiguracin original una vez que la carga ha desaparecido. Si fuera hecho de aluminio convencional, el ala del X-29, no podra resistir el esfuerzogenerado.Paraproveerlaadecuadaresistencia,156capasde fibrassonlaminadasenconjunto,con cada capa laminar colocada con una diferenteorientacin.Estoproduceunalasumamentefuertequetieneun perfil muy bajo. Es un ala muy delgada. 32 Figura 2-19: Ventaja de utilizar composites con ncleos livianos y resistentes, en vez de las tradicionales costillas y recubrimientos de aluminio 2.5.1.2 Acap ElobjetivodelU.S.ArmysAdvancedCompositesAirframeProgram (ProgramadeEstructurasdeCompositesAvanzados),alcanzun22%de reduccinenpesoyun17%dereduccinenloscostosdeproduccin utilizandounaestructuracompletadecompositesenlaconstruccindelos helicpterosdelU.S.Army.BajoelprogramaACAP,lacompaaBell produjohelicpterosusandofibrasdecarbono/grafitoparaeltecho delantero,mamparos,cubiertasdelmotor,armaznyvigasdelcasquete principal. El Kevlar fue usado en las lminas del fuselaje, y el revestimientoexterior.Uncompuestohbridodelcarbono/grafito/kevlarfueutilizadopara construirelcanopydenariz,aletavertical,estabilizadorhorizontal, compartimento de combustible, mamparos de contencin y pisos. La fibra de virio fue utilizada para el revestimiento de cola y el piso del helicptero. 2.5.1.3 Av-8b Harrier El AV-8B, ms comnmente conocido como el Harrier, est hecho de 26% (en peso ) de carbono grafito y materiales epxicos. El Harrier fue el primer 33avinmilitarconunalacompletamentediseadayconstruidacon composites. Figura 2-20: AV-8B HARRIER, vista del fuselaje y de la estructura interna. Figura 2-21: AV-8B HARRIER despegando verticalmente.

342.5.1.4 Bombardero B-2 Figura 2-22: Bombardero B-2. El bombardero de Avanzada Tecnologa B-2, conocido como el bombardeo Invisible,estdiseadoparanoserdetectadoporelradar.Secreequela estructurayrevestimientodelbombarderoestnhechodefibrasde carbono/grafito con matriz de resina epxica para darle la forma. Figura 2-23: Vista esquemtica del bombardero B-2 352.5.1.5 V-22 ElV-22Ospreyeselprimeravindemotorderotoresreclinables.Este combinalascapacidadesdevueloverticaldelhelicpteroconlasaltas eficiencias de velocidad de vuelo horizontal de los aviones de propulsin del turbohlice. La estructura del V-22 consiste en laminados de carbono/grafito con matrices epxicas, su rotor de hlice est conformado por un composite de alta resistencia de fibra de vidrio. Figura 2-24: El V-22 Osprey es el primer avin de motor de rotores Reclinables. 362.5.2 AVIONES COMERCIALES DE TRANSPORTE DE CARGA O PASAJEROS 2.5.2.1 LOCKHEED L-1011 LockheedutilizacompositesenelL-1011,1300lbs.defibradevidriopara los alerones, estabilizador vertical y bordes de ataque de las alas entre otros. Lockheed tuvo xito reconociendo un sustancial ahorro de pero en el L-1011 usando composites para la fabricacin de la aleta vertical. Las partes hechas de composites, redujeron el peso del avin en un 28% en comparacin con suscontraparteshechasdemetal.Elahorrodecostossealcanz disminuyendo el nmero de costillas, sujetadores, pernos, etc. Figura 2-25: Lockheed utiliza composites en el L-1011. 2.5.2.2 Boeing El uso de composites por Boeing en el pasado, ha sido principalmente en la construccindealerones,elevadores,ruddersyspoilers.Enlaactualidad, Boeingestusandocarbono/grafito,kevlarymezclashbridasparala mayoradesusnuevasaplicaciones.Boeingfuelaprimeraenusarun spoiler hecho de fibra de carbono y la primera en usar Nomexhoneycomb en sus aviones. 37 2.5.2.3 Boeing 757 ElBoeing757usacompositesencasilatotalidaddesuscomponentesestructuralessecundariosyhaincrementadosueficienciadecombustible drsticamente.Compuestodegrafito/epxicosonutilizadosenlas superficiesdecontrolprimariasyenspoilers.HbridosdeGrafito/Kevlar sonusadosenlospanelesdeacceso,compuertasdeltrendeaterrizaje, carenadosdealasyfuselaje,carenadosdelmotor,etc.El757tieneun ahorrode1000lbs.enpesoporavingraciasalusodecomposites avanzados en su construccin. 2.5.2.4 Boeing 737 ElBoeing737usaaproximadamente1500lbs.decomposites,loque conllevaaunahorroenpesodeaproximadamente600lbs.cuandoselo comparaconunavinconstruidoconmaterialesmetlicosconvencionales. CompuestosdeGrafito,carbono,kevlar,fibradevidrio,ehbridosdeestos materialessonutilizadosenlaconstruccindelassuperficiessecundarias decontroldevuelo,carenados,compuertasdetrendeaterrizajeypaneles interiores. 2.5.2.5 Boeing 767 Losmaterialescompuestostienengranventajaenpesosobremuchosde los metales usados para la fabricacin de estructuras en aviones. A parte de queloscompositespuedenserdiseadostanresistentescomosus Reduccionesen peso del 20% o ms son comunes cuando se reemplazan estructurasdealuminioconcomposites.Loscompositestambinposeen unagranrelacinpesoresistencia,tantoparalatraccincomoparala compresin,losmismosquesonaproximadamente30%mayoresal aluminio. 38 Figura 2-26: Vista interior de la cabina de pasajeros del Boeing 767 Los plsticos reforzados con fibra de vidrio son usados en la mayora de los pisosdecabinas,domosdeproteccinderadar,etc.Lafibradevidrioes preferidatambinporsubajopeso,resistenciaalasvibraciones,aislante sonoro y su gran resistencia a la corrosin. Figura 2-27: Compuestos de Grafito/Epxico utilizados en el Boeing 767 Laconstruccindelpisodel767varadependiendodesuutilizaciny ubicacin. Bajo el rea de los asientos, un ncleo de Nomexcon refuerzos plsticosdefibradevidrioesutilizadacomorevestimiento,paralos 39pasadillos y galeras principales, se ncleos de Nomex de alta densidad, de igual forma, con revestimientos de fibra de vidrio. Estos pisos son altamente resistentesalacorrosinlosmismosquehansidoinstaladosenreasde ingresoalaaeronave,pasadizosprincipalesybaos.Lospanelesdelpiso son reemplazables, sin la necesidad de remover componentes principales. Figura 2-28: Compuestos hbridos usados en el Boeing 767 2.5.2.6 Airbus ElAirbus300,310y320sonelresultadodeunesfuerzoconjuntoentrela BritishAerospaceyAerospatiale.GrandescantidadesdeNomex,grafito, kevlarycarbonosonutilizadasenlassuperficiesdecontrol,ascomoen varios otros componentes. ElusodematerialescompuestosfueintroducidoporprimeravezenAirbus usando fibra de vidrio reforzada en 1978,componentes de fibra de carbono 40seutilizaronenelA399yposteriormentefueronremovidosparamayores ensayosypruebasderesistencia.Finalmente,estocondujoalusode componentes hechos de fibra de carbono en el avin. Figura 2-29: Airbus 380, proyectado para el ao 2010 FibrasAramidasydecarbonofueronusadasampliamenteenla construccindelA310-200.TodoslosnuevosmodelosdeAirbus,enla actualidad,incluyenlaaletaverticalcompletamentehechadefibrade carbono.LosnuevosmodelosA300-600utilizancompositeseneldomode proteccindelradar,compuertasdeltrendeaterrizaje,bordedesalidadel ala,ascomoenotrasreascomoson:elrudder,frenosaerodinmicosy spoilers,compuertasdeaccesodeltrenprincipal,empuje,reversasy carenajes del fan. 2.5.2.7 Helicpteros ElhelicpteroSikorskyS-76usamatricesdeltipotermoendureciblesalrededor de grandes cantidades de lminas de Kevlar y honeycomb Kevlar. Estoconservaelpesomientrasqueseproveeunefectivoreducimientode vibracin. El 60% del total de la estructura es considerado como con ncleo de honeycomby es considerado como un rotor sin cojinetes. 41Kevlar49esusadoyreduceaproximadamenteel30%enpesodela estructuradelS-76.LaprimeraproduccinenlneadelS-76fueentregada en febrero de 1979. Figura 2-30: Helicptero Sikorsky S-76, en proceso de construccin El Sikorsky UH-60, ms comnmente conocido como el Blackhawk, usa 400 Lbs. de Kevlar/carbono. Posee un fuselaje trasero hecho de composites, as como las palas del rotor principal. ElrotorprincipaldelhelicpteroBell222esthechodefibrade vidrio/Nomex. En el CH-53 Super Stallion, una reduccin en sus costos de fabricacin del 40%,hasidoposiblealemplearpiezaselaboradasdecomposites. Aproximadamente10000pernosfueroneliminadosusandomateriales compuestos. 2.6.1 TIPOS DE MATERIALES COMPUESTOS UTILIZADOS EN APLICACIONES AERONUTICAS Losprimerosmaterialescompuestosenserusadosenelcampo aeronutico,fueronloscompuestosdefibradevidrio.Enelao1944,un avin Vultee BT-15 de entrenamiento fue construido y vol con la superficie de la parte posterior de su fuselaje construida de paneles tipo snduche de 42fibra de vidrio, cuyo ncleo estabahechodemaderadebalsa.Conelpaso de los aos de han venido introduciendo nuevos materiales que se trabajan generalmente sobre base epxica. Figura 2-31: Construcciones de tipo snduche, con ncleo de Nmex Actualmenteseencuentranenvasdeinvestigacinydesarrollounmayor nmerodefibrasymaterialescompuestosdegrandesprestaciones mecnicasparaunagranvariedaddeposiblesaplicacionesaeronuticas. Unreaespecficadeestasinvestigacionestienequeverconeldesarrollo decompositesconmatricesdetipometlicoparaserutilizadosenla fabricacin de componentes de turbinas de reaccin para aviones y cohetes. Porejemplo,compuestosdeltipoboro/aluminio(fibrasdeboroenuna matriz de aleacin de aluminio), estn siendo estudiados para la elaboracin de alabes en motores tipo turbofan. 43 Figura 2-32: Ncleo del tipo Honeycomb Paralaelaboracindelosalabesempleadosensitiosendondesegenera altsimas temperaturas, como las cmaras de combustin de las turbinas de motores a reaccin, hay un gran inters en compuestos de superaleaciones de tungsteno. Figura 2-33: Honeycomb extendido 44Loscompositesbasadosenfibrasdiscontinuas,dichodeotraforma, partculascomprimidasypuestasenunamatrizdeotrotipodematerial, estnsiendoobjetodeespecialatencinenelestudiodesuspropiedades. (Elmscomnyfamiliardeestetipodecompuestoseselconcreto,en dondepartculasdepiedrasoncompactadasenunamatrizdecemento.El concretoreforzado,esasuvez,unmaterialcompuesto.Lasemejanzacon los composites que estudiamos, es que los refuerzos del concreto, a manera defibras,vienenaserlasvarillasdehierroquevandentrodelamatrizde cemento).Tambinexisteintersenloscompuestosdefibracorta (whiskers),endondeelrefuerzoesdadoporfibrasmuypequeasdetipo cristalino. Acontinuacinpresentamosunejemplodelosmaterialesutilizadosen diversos tipos de aviones, y las piezas elaboradas con dichos materiales en cada uno de ellos. Cuadro 2-2: Distintas partes de aviones manufacturadas con composites AERONAVECOMPOSITE APLICACIN F-14B/EpRevestimiento horizontal de cola. F-15 B/Ep B/Ep Gr/Ep Revestimiento horizontal de cola. Revestimiento horizontal de cola. Speed brake. (freno aerodinmico) F-16 Gr/Ep Gr/Ep Gr/Ep Revestimiento horizontal de cola. Revestimiento vertical de cola. Superficies de control de vuelo. F/A-18 Gr/Ep Gr/Ep Gr/Ep Gr/Ep Gr/Ep Recubrimiento de ala Revestimiento horizontal de cola. Revestimiento vertical de cola. Superficies de control de vuelo, speed brake Compuerta de recubrimeinto de avinica AV-8B Gr/Ep Gr/Ep Gr/Ep Gr/Ep Recubrimiento y subestructura principal de ala. Revestimiento horizontal de cola. Fuselaje delantero. Superficies de control de vuelo BOEING 757 &767 Gr/Ep Ar-Gr/Ep Superficies de control de vuelo. Puertas de tren de aterrizaje, carenados LEAR FAN 2100Gr/EpPrcticamente toda su estructura 452.7METODOLOGADESELECCINDEMATERIALES COMPUESTOS Laseleccindeunmaterialcompuestoparaelaboraruncomponentedeun conjuntoseiniciaconlaarmonizacindelosrequisitosdelcomponente,las capacidades de manufactura y las caractersticas de los materiales disponibles de losproveedores.Losrequisitosdeloscomponentesincluyensutamao,forma, peso,acabado,costo,volumen,ambiente, cargas,rendimiento,ajuste,funcin, calidadyposibilidaddereparacin.Lascapacidadesdemanufacturasecentran en el espacio, instalaciones, equipo y mano de obra para la fabricacin; la pericia tcnica en cuanto a diseo, anlisis, ensayos y procesos; el control de calidad, laadministracindelosmateriales,lasespecificacionesylaspolticasde aprovisionamiento.Lascaractersticasdelosmaterialesdelosproveedores incluyenlaspropiedades,dimensionesyrendimientodelosmaterialesms modernos; tiempo de entrega y costo; nivel de calidad y procesos generales de manufactura.Elingenierodediseodebecombinartodoloanteriorenun diseodesistemadematerialesquepermitaproducirelcomponenteconel rendimiento, calidad, posibilidad de reparacin, costo y peso deseados dentro de un plazo competitivo. Puestoqueelrendimientodelosplsticosreforzadosymateriales compuestosestlimitadoporelrendimientodelamatriz,laseleccindel materialcompuestosereducefundamentalmentealaeleccindelamejor matriz plstica. Las guas de la seccin anterior son aplicables a las etapas conceptuales y de formulacin. En la etapa de detalle, es necesario calificar losdiversosmaterialesenfuncindelosrequisitosdediseoyde conformidadconlosproductosqueseobtienendeellos.Analizaremosdos mtodosdeevaluacindelosmateriales:unobasadosimplementeenlos requisitosdediseoodeservicio,yelotro,enunmtodomsdetalladoque incluye,entreotrosaspectos,lamanufacturabilidad.Ladisponibilidadyla aparienciavisualdelproductoomaterialcompuesto,conelpropsitode hacer posible una decisin ms objetiva. 46 47 48 2.7.1 SELECCIN CON BASE EN LOS REQUISITOS DESERVICIO Laseleccinfinaldelmaterialsehace,porejemplo,apartirdeunatablade calificacionesrelativasdelaspropiedadesdelasmatricesdeplsticos reforzadosconfibradevidrio,comoelcuadro2.4.Porloregular,las calificacionesrelativascomolasdelcuadro2.4sonaportadasporlos proveedoresdemateriales,ylasdeestoscuadroscorrespondenalaICI-LNP. En la columna de la izquierda se listan algunas de las matrices plsticas, y se califica cada una de las propiedades, como resistencia mecnica y rigidez, tenacidad,etc.,queseutilizancomocriteriosdediseo.Losnmeros grandes corresponden a las calificaciones entre familias o clases de plsticos, comoestirnicos,olefnicos,nailons,etc.;losnmerospequeos,alas calificaciones entre los miembros de una familia. La calificacin ms deseable es de uno, y la menos deseable, de seis. Despus, utilizando como hoja de trabajo un cuadro en blanco como la que se muestra en el cuadro 2.5, se lleva a cabo la seleccin como sigue: 1.En la fila de "Criterios de diseo", crcense las propiedades del material (columnas) que la pieza o componente por elaborar debe tener. 3Paracadaunadelaspropiedades(columnas)seleccionadas, transfiranselosnmerosgrandesennegritastomadosdelatablade calificaciones (cuadro 2.4) a la hoja de trabajo. Por ejemplo, si se requie-reresistenciamecnicayrigidez,entoncessetransfierenlosnmeros grandes 3,5, 1, 3, 2 y 6 de el cuadro 2.4 a el cuadro 2.5, en la columna correspondiente a "resistencia y rigidez", en orden descendente. 3.Smenselosnmerosgrandesdecadafila(correspondientesacada grupodeplsticos)paraencontrarelgrupoconelsubtotaldemenos puntos,queeselmejorparalaaplicacindadaconbaseenel 49rendimiento. 4.Smese el factor de costo e identifquese el grupo con menos puntos en total;steeselmejorparalaaplicacinconbaseenelcostoyel rendimiento. 5.Unavezseleccionadoelgrupo,serepiteelprocedimientoparalos plsticosdelgrupo,afindeidentificarelmaterialconelmenornmero total de puntos, que ser el mejor para la aplicacin con base en el costo y el rendimiento. 2.7.2 MTODO MS DETALLADO DE SELECCIN. Un mtodo ms detallado para seleccionar la matriz plstica es un proceso en dos etapas que se ilustra mediante las cuadros 2.6 y 2.7. Conelcuadro2.6,laprimeraetapaconsisteenevaluarcadamaterialcon baseenlaspropiedadesreseadasenlaprimeracolumna.Alas propiedades(parmetrosdeseleccin)decadamaterialpropuestosele asigna una calificacin del 1 al 10, de las cuales el 10 es la calificacin ms altaeideal.Unacalificacindecerosignificaquelapropiedades inaceptable.Encontrasteconelmodelosimple,secalificantodaslas propiedades aunque no constituyan alguno de los requisitos de diseo princi-pales.Unmaterialidealtendruntotalde100puntosenlacolumnade "calificacin evaluatoria", correspondientes a las diez propiedades de la lista. Tambin se asigna una calificacin de prioridad, del 1 al 10, a la importancia de cada una de las propiedades para una aplicacin especfica. Se obtiene un promedio de las calificaciones de prioridad; para el ejemplo del cuadro 2.6, lamediaesde8.0.Estacalificacinmediadeprioridad,multiplicadaporel totalde100quecorrespondealmaterialideal,representalospuntos mximos susceptibles de obtenerse para la aplicacin. Se obtiene el total de puntosdecadamaterialmultiplicandolacalificacindecadapropiedadpor sucalificacindeprioridad,paradespussumartodoslosproductosy obtener el total de puntos. La suma se divide entre la categora total mxima para obtener una categora porcentual. 50 Cuadro 2-3: Evaluacin de un material en base a sus propiedades PARMETROS DE SELECCIN DEL MATERIAL CALIFICACIN EVALUATORIA (1 10) XFACTOR DE PRIORIDAD (1 10) =CALIFICACIN TOTAL Resistencia a la temperatura ambiental0 (b)100 Resistencia a la compresin a la temperatura 2 (c)1020 Mdulos elstico, de tensin y de compresin 2 (c)1020 Densidad10 (c)10100 Conductividad trmica 5525 Coeficiente de expansin trmica 10550 Calor especfico10550 Temperatura de servicio 0 (b)100 Resistividad volumtrica 5525 Constante dielctrica a la temperatura 10 (c)10100 Puntuacin a) el valor mnimo requerido de la propiedad debe estar disponible para se aceptable. b) Inaceptable. c) Aceptable d) Material inaceptable porque su resistencia a la tensin, su temperatura de servicio no satisfacen los valores mnimos requeridos En casi todos los procesos de seleccin, se evalan simultneamente al menos 10 materiales. El mejor material es el que tiene el mayor nmero de puntos en las 10 propiedades y satisface todos los requisitos mnimos. Sin embargo, una buena meta para la seleccin es que el material alcance el 90 por ciento de la calificacin evaluatoria del material ideal y de la categora total mxima, y que ninguna de sus calificaciones sea de cero en el cuadro. En el ejemplo queseilustraenelcuadro2.6,cuatrodelaspropiedades,resistenciaala tensin,densidad,coeficientedeexpansintrmicayconstantedielctrica, tenanvaloresmnimosrequeridosqueeranecesarioalcanzar.Vemosque los requisitos de resistencia a la tensin y de temperatura de servicio no se 51cumplen,porloqueselesasignancalificacionesdecero;estascalificacio-nes obligan a rechazar automticamente este material. Cuadro 2-4: Evaluacin de un material en base a sus propiedades PARMETROS DE SELECCIN DEL MATERIAL CALIFICACIN EVALUATORIA (1 10) XFACTOR DE PRIORIDAD (1 10) = CALIFICACIN TOTALBuena apariencia visual Compatibilidad en el ensamble de materiales Facilidad de fabricacin, buen ritmo de produccin Poco peso / forma compacta Costo reducido Buena calidad Facilidad de mantenimiento Buenas propiedades mecnicas Disponibilidad de instalaciones de proceso Disponibilidad del material Puntuacin a) Es necesario considerar otros materiales para satisfacer los requisitos del componente Losmaterialespotencialesconlospuntosyporcentajesmsaltosdespus de la evaluacin de sus propiedades se evalan nuevamente con arreglo al cuadro2.7.Losparmetrosdeseleccindeestecuadrosonpartedel procesodedecisingerencialenlaseleccindematerialesconbaseenla fabricabilidadyenelrendimientodelcomponente.Losfactoresde fabricabilidadincluyenladisponibilidaddeinstalacionesyequipo,lade materialespotencialesparasatisfacerlascantidadesyprogramasde produccin,lafacilidaddefabricacinaunritmodeproduccinacordecon un plan o programa de ventas, y el cumplimiento de los requisitos de control 52de calidad, incluso la apariencia visual, con tasas reducidas de rechazo. Los objetivosdediseoygerencialesencaminadosaunaproduccin satisfactoriaydelargoplazosebasanenelrendimientodelcomponente, que incluye poco peso y forma compacta, compatibilidad en el montaje, bajo costo neto (incluyendo los cargos por trabajo con herramientas y montaje de instalaciones), facilidad de mantenimiento con largos periodos medios entre fallas y excelente comportamiento en la aplicacin del cliente. Aligualqueenelcasodelcuadro2.6,elcuadro2.7seaplicaacada materialpotencial,elcualseevala(con4calificacindel1al10)en trminosdecadaunodelosparmetrosdeseleccinyasignandoacada parmetro 5 una clasificacin de prioridad. Los criterios de seleccin son los mismosquelosaplicadosenelcuadro2.6,yvemosqueelmaterial calificadocomoejemploenelcuadro2.7serrechazadoporquetieneuna calificacindecero,ytantolaevaluacincomolaclasificacinporcentual total son inferiores al 90 por ciento. Por tanto, es necesario considerar otros materiales.

533) CAPITULO3 MECNICA DE LOS MATERIALES COMPUESTOS 3.1 CONSTANTES ELSTICAS 3.1.1 INTRODUCCIN A LA MECNICA DE MATERIALES Desdelapticadelosmaterialesisotrpicos,losmaterialescomplejos aparecen,sloaprimeravista,innecesariamentecomplicados.Lomismo sucede con los mtodos de clculo, que difieren de los clsicos y conocidos mtodos anteriores. Los materiales de fibras son ya, desde un punto de vista terico, materiales deconstruccinideales.Constituyenfrecuentementeestructurascristalinas o semicristalinas que son tenaces, rgidas y resistentes a altas temperaturas y medios agresivos. En el caso del fallo bajo carga de una fibra defectuosa, lasdemsfibras"libresdedefectos"puedensoportarlabajacargaunitaria adicional. Lasfibrasenmanojosueltoson,ciertamente,pocoaprovechablespara propsitosconstructivos.Debenserincorporadasaunamatriz,quelasfije en una posicin y las proteja, adems, de agresiones externas. Elmodelosimpleusadoenelsiguienteanlisisesunasimplecapa unidireccionalolamina,comosemuestraenlaFigura3.1.Ntesequeel elemento representativo de volumen es de espesor igual a la capa simple y que el elemento simplificado ser usado para el siguiente anlisis. 54 Figura 3-1: Modelo y volumen representativo de un plano singular unidireccional E1,mdulodeelasticidadlongitudinal.Elelementorepresentativode volumenbajounesfuerzoaplicado1semuestraenlaFigura3-2a.La deformacin resultante 1 se asume como comn tanto para la matriz como paralafibra.Lasdeformacionesdelafibra,lamatrizyelcompuestoson respectivamentef,m,y1.SitomamosEfyEmcomoelmodulode elasticidad de la fibra y la matriz respectivamente, tenemos: 1 f fE = ; 1 m mE =; 1 1 1 E =(Ecuacin 3-1) ElesfuerzoaplicadoactasobreunreatransversalA,lacualconsistede un rea Af que es el rea de la seccin transversal de la fibra y Am, que es el readelaseccintransversaldelamatriz.Debidoaquelasfibrasyla matriz soportan la carga paralelamente: 55m m f fA A A + =1 LW/2b. Determinacin de E2c. Determinacin de 12d. Determinacin de G121f12LWEsfuerzo aplicadoa. Determinacin de E112fibramatrizDeformacinmatriz = f = mm/22= 2f = 2m1 = 1f = 1mSuposiciones1 = 1f = 1m Figura 3-2: Modelos para determinacin de constantes elsticas o tambin: m m f fV V + =1(Ecuacin 3-2) Donde: Vf = Af / A = fraccin de volumen de fibra, y, Vm = Am / A = 1- Vf = fraccin de volumen de la matriz. 56Sustituyendo la ecuacin (3.1) en la ecuacin (3.2): m m f fV E V E E + =1(Ecuacin 3-3) Aestaecuacinqueseobtuvoselaconocecomoreglademezclas, relacinquedejaverquelapropiedaddeloscompuestosprovienedela suma de las propiedades de sus constituyentes. E2, mdulo de elasticidad lateral (transversal). Como se muestra en la Figura 3-1b,lafibraylamatrizasumimosqueactandemodotalqueambas soportanelmismoesfuerzoaplicado2.Lasfuerzastransversalesparala fibra, matriz y el compuesto son de este modo: ffE2 =;mmE2 =; 222E = (Ecuacin 3-4) Siendo el ancho del compuesto W, las deformaciones se dan de modo que: m fW W W + = o tambin: ) ( ) (2W V W V Wm m f f + =(Ecuacin 3-5)

Sustituyendo la ecuacin (3-4) en la ecuacin (3-5): mmffEVEVE+ =21(Ecuacin 3-6) Resultadosexperimentaleshandadounaconcordanciarazonableconesta ecuacin obtenida. Algunas caractersticas importantes se obtienen de las ecuaciones (3-3) y (3-6).Encompuestosdealtodesempeo,elmodulodeelasticidaddelafibra 57es mucho mayor que el modulo de la resina, de tal modo, en el rango tpico defraccindevolumendefibradel50%al60%,lamatriztieneunbajo efectoenelmodulolongitudinalE1,mientrasquelasfibrastienenunbajo efecto en el modulo transversal E2. f fV E E 1;mmVEE 2 12, Coeficiente de Poisson. Se lo define como: 1212 = (Ecuacin 3-7) Donde el nico esfuerzo aplicado es 1. La deformacin transversal esta dada por: m fW W W + = o tambin: ) ( ) (1 1 2W V W V Wm m f f = (Ecuacin 3-8) Debidoquelasfibrasylamatriztienenigualesfuerzasenladireccin longitudinal: 12 = Sustituyendo (3-7) en (3-8), obtenemos : m m f fV V + =12(Ecuacin 3-9) 58 G12,Modulodeelasticidadencortante.Losesfuerzoscortantesy deformacionesresultantesdelelementorepresentativodevolumense muestranenlaFigura3-2d.Losesfuerzoscortantesqueactansobrela fibra y la matriz se asumen iguales y el compuesto se asume que se deforma en la direccin del cortante. La deformacin total por cortante esta dada por: W = Dondeesladeformacincortantedelcompuesto.Ladeformacinviene dada por dos componentes aditivas, de modo que: m f + = (Ecuacin 3-10) o tambin: ) ( ) ( W V W V Wm m f f + =(Ecuacin 3-11) Asumimos que los esfuerzos soportados son iguales: ffG =; mmG = ; 12G = (Ecuacin 3-12) Sustituyendo (3-12) en (3-11), obtenemos: mmffGVGVG+ =121 Debido a que Gm es mucho menor que Gf, el valor de Gm tiene mayor efecto en G12. 593.1.2MECNICA DEL MATERIAL Y ESFUERZOS 3.1.2.1 Estimacin simple a la traccin La combinacin de los dos materiales produce en muchos casos la deseada mejoradeunadelascualidadesdelamatriz,aunque,aveces,puede perjudicar otra. Enlaasociacinconlasfibrasserebasafuertementeelmdulode elasticidaddeunamatrizpolimricayelalargamientoaroturaretrocedeal niveldeeldelasfibrasfrgiles.Estoesaplicableparalaconsideracinde las propiedades de la unin (ms exactamente, del laminado) en la direccin delasfibras.Perpendicularmenteasta,lascualidadesdellaminado pueden ser inferiores a las de cada uno de los componentes. Lacausadeestasmenguascorresponde,precisamente,alrefuerzocon fibras de la matriz. Elanlisismssimplederesistencialongitudinalalatraccinasumeque todas las fibras se rompen al mismo nivel de esfuerzo, al mismo tiempo y en elmismoplano.Apesardequeestasuposicinesaltamenteidealista, provee de un punto de partida para un anlisis ms real. DeacuerdoalmodeloutilizadoparadeterminarE1,lasfibrasylamatriz soportanfuerzasiguales.Ensistemasavanzadosdecompuestosdematriz epxica,ladeformacinalaroturadelasfibras, uf ,esmarcadamente menor que la de la matriz um . De esta manera, las fibras fallarn primero, y la carga total ser transferida a la matriz. Se pueden concebir dos modos de fallaenelmaterialcompuesto,dependiendodelafraccinvolumtricade fibra. Vf. Con una alta relacin de Vf, la matriz sola no es capaz de soportar la carga total y se fractura inmediatamente despus de la fractura de la fibra. De este 60modo el esfuerzo queda dado por: m m fufuV V'1 + = donde uf eselesfuerzoltimodelafibra,yel 'm estdefinidocomoel esfuerzoquellevalamatrizalmomentodelaroturadelafibra,comose puede ver en la Figura 3.4ConunabajarelacinVf,haysuficientematerialenlamatrizparallevarel totaldelacargaluegodelaroturadelafractura;elesfuerzoenel compuesto est dado por: mumuV =1 Como se puede ver en la Figura 3-3, u1, est delineada como funcin de Vf y se puede ver fcilmente que el valor de Vf corresponde a un cambio en el modo de fractura, y est dado por: '''mumufmumfV += (Ecuacin 3-13) 1u=muVmu1u=fVffVm+muVminVf1.00 VffuFraccin de volumen de fibraEsfuerzo Figura 3-3: Regla de la mezcla, prediccin de u1para umuf < 61FibraMatrizDeformacinEsfuerzof umuf 'f um u Figura 3-4: Curva esfuerzo - deformacin para un material compuesto Ntesetambinquehayunafraccinmnimadevolumenbajolacualel esfuerzo del compuesto es menor que el esfuerzo inherente a la matriz: ''minmufmumV = (Ecuacin 3-14) Parafibradealtomduloygranresistenciaenmatricesepxicas relativamentedbilesydebajomdulo, 'm , 'fV ,yVmin,sernbastante pequeos. Untratamientoanlogopuedeseraplicadoasistemasenloscualesla matriz falla primero, pero obviamente las caractersticas fsicas de la fractura sern diferentes. 623.1.2.2 ESTIMACIN SIMPLE DE LA APROXIMACIN AL ESFUERZO DE COMPRESIN Elanlisispreviorelativoafallasportensinnoseaplicaalesfuerzode compresin, debido a que las fibras no fallan por compresin simple. En vezdeesto,fallaporcombamiento.Estecomportamientoesbastante complicado,debidoaqueesdependientedelapresenciadeesfuerzos residualesenlamatrizcausadosporlosdiferentescoeficientesde expansin de la fibra y de la matriz. Esto ha sido demostradopor ejemplo en la fibra de vidrio en matriz epxica, lacualsecombarluegodelendurecimientodelaresina.Comoesde esperarse,asumiendoquelasfibrasactancomocolumnascircularesen una fundicin elstica, la longitud de onda del combamiento incrementa con eldimetrodelasfibras.Dosmodosdecombamientopuedenser observados en la Figura 3-5: a)Lamaneracortante,enlaquelasfibrassecombanconunamisma fase, y, b)La manera extensional, en la que las fibras se comban de una manera desfasada (a)(b) Figura 3-5: Modos de combamiento para compuestos unidireccionales en compresin. 63El modo ms deseable, es aquel que produzca la menor cantidad de energa detodoelsistema.Ensistemasenquesedanambosmodosde combamiento,seproducirunamayorcantidaddeenergaquelaquese produce en modos de combamiento puros. El anlisis de combamiento se basa en el mtodo de la energa, en el cual el cambio en la energa de deformacin en las fibras fU y de la matriz mU ,ascomoelcomoelcambiodelmaterialcompuestodesdeelestado comprimido pero no combado, al estado combado, es igualado al trabajoT realizado por las cargas externas. m fU U T + = Figura 3-6: Modelo de combamiento, en donde las fibras se consideran como placas en vez de barras Enelmodeloelcompuestoesconsideradobidimensional,lasfibrasestn tratadas como placas normales al plano de la Figura 3-6 en vez de barras y elpatrndecombamientoesasumidocomosinusoidal.Elesfuerzo resultante por combamiento para el modo extensional es: 64( )21max1 3. .2||.|

\|ff m ff CVE E VV Y para el modo cortante: fmCVG=1max EnelcasoqueVf tiendaacero,Cmax paraelmodoextensionaltiendea cero;pero si Vftienda a uno, C maxpara el modo extensional se hace muy grandecomparadaconCmax paraelmodocortante.Deestemodo,esde esperar que el modo extensional sea aplicado solamente para Vf pequeos. Unaaproximacinsimpleparapredecirelcomportamientoexperimentalen algunos casos es obtenida asumiendo que la falla ocurrir cuando la matriz alcance su esfuerzo de fluencia ym . De este modo, al momento de la falla. mym f f CV V + =max Donde el esfuerzo de las fibras festa dado por igualdad de deformaciones como: fymmfym fEEE = = Tomando ympara una resina epxica como 0.02 y Ef = 70 GPa para fibra de vidrio, resulta entonces: | | | | GPa GPaf4 . 1 . 70 * 02 . 0 = = Y de este modo, asumiendo un Vfdel 60%: 65| | GPa Vf fuC84 . 0 6 . 0 * 4 . 1 = = = ,(Ignorandolapequeacontribucindela matriz) Este resultado concuerda razonablemente con valores tpicos observados. 3.1.2.3 Esfuerzo en tensin aplicada fuera del eje Lafallaenunmaterialcompuestocuyasfibrasestnorientadasen determinadadireccinysonunidireccionalespuedeocurrirdeunodelos siguientes modos: 1)Fallanormalalasfibras,comoocurreconlatensinaplicadaenla direccin de las fibras) 2)Falla paralela a las fibras3)Falla por cortante de la matriz F = .AFP = F.cosFT = F.sinFTFFpAPAAPAP = A / sinAT = A / cosF = .A Figura 3-7: Resolucin de fuerzas y reas en tensiones fuera del eje. Silasfibrashacenunnguloconladireccindelesfuerzodetensin aplicado, entonces como se observa en la Figura 3-7, los esfuerzos se darn por: 66 Esfuerzo de traccin paralelo a las fibras: =21cos . Esfuerzo de traccin normal a las fibras: =22.sen Esfuerzo cortante paralelo a las fibras:) 2 ( .2112 = sen Si u1 , u2 , y urepresentan los esfuerzos del compuesto en tensin directa, =0 o, tensin transversal, =90 o y cortante, =45 o, respectivamente, el esfuerzo al momento de la fractura estar expresado por: Modo 1: =21cosuModo 2: =22senuModo 3: ) 2 (2=senu As, el modo de fractura cambia con . A pesar de que estos resultados se adaptanbienparaalgunossistemasyelmododefracturaobservadaes comosepredice,lainteraccindeesfuerzosylaocurrenciademodos mezclados de fractura no son tomadas en cuenta.

674) CAPITULO4 SEGURIDAD AL TRABAJAR CON MATERIALES COMPUESTOS 4.1 DOCUMENTOS DE SEGURIDAD DE LOS MATERIALES Cuandosetrabajaconcualquiertipodematerialcompuesto,sedeben observarlasprecaucionesadecuadasparaprevenircualquiertipodedao en el personal, en los elementos y herramientas de trabajo, y eventualmente, enelsitiodetrabajomismo.Muchosaccidenteshanocurridoconlos materialescompuestosdebidoausoinadecuadoodebidoasuincorrecta manipulacin. Antesdetrabajarconcualquiertipoderesinaodesolvente,esnecesario saber exactamente con qu tipo de material se est trabajando. SedebeteneralamanolaHojadeDatosdeSeguridaddelMaterial (MSDS, de sus sigla en ingls: Material Safety Data Sheet ), siempre que se trabajeconcualquiertipoderesinaosolvente.LaMSDScontiene informacin vital acerca de precauciones de salud, flamabilidad del material, requerimientosdeventilacineinformacinparalosasistentesdesaluden caso de accidente. LashojasMSDSdebenseralmacenadasenunlugarseguroydefcil accesoenelsitiodetrabajo.Lasresinasaemplearsevienenconsus respectivas instrucciones de mezcla y sus hojas MSDS. Comotcnicosotrabajadores,losoperariosnovanaestardirectamente relacionadosconlashojasMSDS.Cuandoelmaterialesentregado,estas debencolocarseenelsitiodealmacenamientodelasherramientas,enla enfermera, o tambin pueden estar almacenadas en la oficina encargada de stos materiales. Debe establecerse como una norma que todos los materiales riesgosos que 68sean utilizados en el taller, tengan sus hojas MSDS disponibles para la gente que trabaja con stos materiales. Cadatcnicodebesaberdondeseencuentranstashojas.Sialgn accidentellegaraaocurrirmientrassemanipulanestomateriales,esmuy importantequelapersonaafectadalleveconsigolashojasMSDSpara entregarlasaldoctordeturno.Nosepuedeesperarqueeldoctorquelo atiendaconozcatodoslosqumicosconquesetrabaja,perosiunolleva consigolashojasMSDS,eldoctossabrconquclasedematerialseha sufrido el accidente y puede darle un tratamiento apropiado, y en la mayora de los casos satisfactoriamente. 4.2 SEGURIDAD PERSONAL 4.2.1 PROTECCIN DE LA PIEL Algunosmaterialespuedencausarreaccionesalrgicascuandotienen contactoconlapiel.Algunaspersonassonmssensiblesaestos materialesqueotras.Lamaneramseficazdeproporcionarproteccin superficialconestosqumicosesatravsdelusodeguantesdecaucho.Estos guantes deben reemplazarse despus de usados. Elusodeoverolesomandilesesrecomendadoparaprevenirla contaminacindelaropayeleventualcontactoposteriorconlapiel.La ropamanchadaengranproporcinconresinasepxicas,debeser desechada.Puede resultar muy irritante para la piel el que ropa manchada de resinas epxicas se encuentren cerca de la misma. 69 Figura 4-1: La higiene personal y el cuidado en la manipulacin de los materiales compuestos debe ser cuidadosa. Quitequecualquierasalpicaduradelaresinainmediatamentedesupiel.Debelavarsemuybienlasmanosantesydespusdeltrabajo,antesde comer o fumar y antes de ponerse los guantes. Siemprelavesusmanosantesdeusarelbao.Muchosdelosqumicos son cancergenos potenciales y pueden causar una irritacin seria en la piel. Haytiposespecialesdelimpiadoresdelaresinaepxicadisponiblesque eliminarn la resina de la piel. No usesolventes excesivamente fuertes para limpiarlapiel,yaqueestospuedenresecarlaexcesivamenteycausarn reaccionesalrgicasquepuedencausareldescascaramientodelapiel. (una forma de dermatitis). 4.2.2 RESPIRACIN E INGESTIN Altrabajarconcualquierresinasosolventes,sedebecontarconuna ventilacinadecuada.Algunasresinassonaltamentetxicas,porloque requierenquesetrabajeconmascarillasprotectorascuandosetrabajecon ellas.Sin embargo, una vez los qumicos han sido mezclados, es a menudo necesario aplicar la resina en una rea sin ventilacin, o en sitios en los que 70eloperarioseexponealoshumosqumicos.Enlostalescasos,es importantequeseutilicenmascarillasprotectorasquefiltrenelairequese respira. Unavezterminadoeltrabajo,mantengalosguantes,ropaomaterialque est contaminado lejos de manos y/o boca.Algunos de estos materiales no tienenningnantdotoconocido,yencasodeseringeridos,stospueden causar la muerte. 4.2.3 PROTECCIN DE OJOS Y CARA Algunosdelossolventes,ycomponentesdelamatrizpuedencausar ceguera permanente luego de pocos segundos de estar en contacto con los ojos. Las gafas de trabajo proveen una proteccin completa a los ojos contra golpes,salpicadurasqumicasypolvo.Sillegaraasalpicarsusojoscon cualquiertipoderesinaosolvente,enjuaguesusojosinmediatamente,y busque la ayuda mdica necesaria. Figura 4-2: La OSHA ha aprobado que el lavado de los ojos es extremadamente necesario. El uso de gafas de proteccin debe ser considerado incluso en casos en los queeloperariouselentes.Hanocurridoaccidentesmuyserioscongente 71quenohatomadolasprecaucionesnecesarias,yenunaformaseria.En caso de que cualquier sustancia extraa ingrese a sus ojos, no espere a que le brinden atencin mdica, acte inmediatamente. Figura 4-3: gafas de proteccin Silasustanciaesdejadaenlosojosporuntiempoprolongado,eldao puede ser muy severo. Algunos solventes, resinas o endurecedores pueden ocasionarleunceguerapermanenteydefinitiva.Losprotectoresparael rostrosonunabuenaproteccincuandosetrabajaconresinas,sin embargo,siustedtieneunup-drafttable,losprotectoresdelrostrono debera ser utilizados. Up-draft tables, como su nombre lo indica, empuja las humaredas a travs de un desfogue. Si el protector de cara es usado, estos vaporespuedenserempujadospordebajodelprotectorfacialynotendrn por donde ser evacuado, lo que puede ocasionar problemas respiratorios. PRECAUCIN: Los lentes de contacto plsticos pueden resquebrajarse con losvaporesdelasresinasosolventes.Seentiendeporresquebrajadura cuandolosstosvaporesalentrarencontactoconloslentesdecontacto, ocasionndoleslneasblancasensusuperficie.Sedebeusarlentessies posible. El uso de gafas protectoras es necesario 4.3 SOLVENTES: USO Y SEGURIDAD Muchostiposdesolventesseusancuandosetrabajaconmateriales compuestos, o cuando se los est reparando.Algunos de los solventes ms comunes usados con los materiales compuestos incluyen: 72 MEK o Methyl Ethyl Keytone Esusadoparalimpiarpolvo,grasaylosmoldesdelosmateriales compuestos. Acetona Esusadogeneralmenteparalalimpiezadeherramientas,equipo,y finalmente para limpiar los materiales compuestos despus de lijarlos. Las siguientes recomendaciones de seguridad deberan seguirse con el uso de todo tipo de solventes y matrices: Todoslossolventessoninflamables.NOSEDEBEFUMARcuando lossolventesestnsiendoutilizados.Nousesolventesenlossitios delijadooesmerilado,laschispaspodrancrearunriesgopotencial defuego.Nosedebetenersolventescerca,cuandosedesenrollan rollosdematerialesplsticos,yaquestospuedencrearcargas elctricasestticas,generandochispasquepuedenprovocarun eventual incendio. Uselossolventesmesuradamente,noloviertahacialaparteenla quelovaautilizar.Unatelasuavehumedecidaconelsolventees normalmente lo adecuado. Uselossolventesenunreaconunabuenaventilacinyevitela aspiracin prolongada de los vapores que stos emanan. Use guantes cuando est trabajando con los solventes, para proteger la piel de las manos. Nuncausesolventesparalimpiarlapiel.Existenlimpiadoresde materiales epxicos que son mucho menos nocivos para la salud que los solventes comunes. 73Use gafas protectoras cuando se estn vertiendo solventes. Los solventes deben ser guardados en sus envases originales. 4.3.1USOYALMACENAMIENTODELOSMATERIALESEMPLEADOS PARA MATRICES. Lealasetiquetasdelosrecipientessobrelainformacindelmanejo, almacenamiento, y precauciones de seguridad. Sigatodaslasinstruccionesdelosfabricantesparamezclarlos componentes.Si no se mezclan las resinas propiamente, no se alcanzar la mximafuerzadesecado.Debenpesarseadecuadamentelosdos componentes del sistema de la resina para conseguir una mezcla apropiada.Unabalanzapuedeusarseparamezclarlacantidaddeseada.Algunas resinasyadhesivospuedenvenirempaquetadosdetalmaneraquecada paquetetienelacantidadadecuadadelcomponente,porloquesepuede realizar inmediatamente la mezcla del sistema.

Figura 4-4: Instrucciones proporcionadas por los proveedores de los materiales. Mantengalasresinasalmacenadasaunatemperaturaadecuada.Algunas destasrequierentemperaturasespecialesdealmacenamiento.Lasms comunes son: Temperatura ambiental de almacenamiento de 23 a 27 C Refrigeracin de aproximadamente 4 C 74 Mantengalosmaterialesquedebenserrefrigeradossellados,estopara prevenirlaentradadehumedad.Unaetiquetadeidentificacindebe acompaar al material. Permitaqueloscomponentesalcancenlatemperaturadelcuartoenelque van a ser utilizados antes de pesarlos y mezclarlos. Desechetodoslosmaterialesqueexcedensuvidadelalmacenamiento.Muchosrecipientestendrnunaetiquetaqueindicalafechadela caducidad, que es calculada a partir de la fecha de fabricacin o de ladel recibo del embarque (la que sea aplicable). Los materiales que han excedido su fecha de caducidad no deben ser utilizados. Para desechar los materiales propiamente. Consulte la hoja MSDS.Muchos materialesnopuedensersimplementedesechados,primeramentedebern ser mezclados y fraguados, ya que individualmente pueden ser considerados como desechos txicos. Utiliceguantescuandotrabajeconestosmateriales.Nousebrochas contaminadas con otro tipo de resina. No permita que cremas para el cuidado de la piel entren en contacto con las resinas o conlos materiales con que se va a trabajar, esto puede ocasionar que las superficies a unirse no lo hagan correctamente. Esnecesariotenerreasseparadasparaefectuarlostrabajoscon materiales compuestos, es decir, se requieren de reas para lijado, mezcla, pegado,etc.Encasodenocontarconreasseparadas,sedeberealizar una limpieza adecuada del cuarto en el que se van utilizar las resinas. 75 Figura 4-5: El almacenamiento tanto de las fibras como de las resinas, tienen normas especficas. 4.3.2 MINIMIZACIN DE RIESGO DE FUEGO Muchosdelossolventesymaterialesdelaresinausadossoninflamables.Almacneloslejosdelcalorylallamadirecta.Paraeliminarelriesgode fuego, los siguientes requisitos deben ser tomados en cuenta: Eliminetodaslasllamas,cigarrillosencendidos,chispas,yotras fuentes de ignicin en las reas dnde se usan los solventes. Use herramientas que no produzcan chispas. Asegrese de que todo el equipo elctrico se encuentre debidamente aislado. Guarde los solventes inflamables en recipientes cerrados. Proporcioneelventilacinadecuadoparaprevenirelaumentode vapores inflamables.Nuncadesenrollepelculasdeempaquetadocercadelossolventes.Estos pueden producir electricidad esttica. Nuncaguardelossolventesenelreadelijado.Laposibilidadde chispasduranteellijadoesuninminenteriesgodefuego,cuando existen vapores de solventes en el rea. 764.3.3 SEGURIDAD PERSONAL EN EL TRABAJO Mientrassetaladra,cortaolijanmaterialescompuestos,unfinacapade polvo se esparce en el sitio de trabajo. En tal efecto, es necesario que el sitio cuente con una correcta ventilacin. Un colector de polvo, es muy deseable cuando se lijan estos materiales, esto con el fin de no permitir que las finas partculas de polvo producto del lijado, se esparzan en la zona de trabajo. Sinembargo,elslousodelcolectordepolvonoessuficiente;sedeben combinar equipos de ventilacin y de purificacin del aire del sitio de donde se trabaja. Algunos materiales compuestos empiezan a deshacerse cuando son cortado otaladradosagrandesvelocidades.Debidoalafriccinquegeneranlos procesosanteriormentemencionados,empiezanacombustionarsevarios materiales,creandovaporestxicos.Losmaterialescompuestosvaranen su nivel de toxicidad, pero de todas formas, se deberan considerar a todos los materiales compuestos como igualmente riesgosos, por lo que deberan adoptarselasmedidasdeprecaucinnecesariasmientrassetrabajecon cualquier tipo de material compuesto. Para minimizar la posibilidad de que partculas ingresen a nuestro cuerpo a travsdelosporosdelapiel,sedebeutilizaroverolesdetrabajo,los mismos que no permiten el paso de dichas partculas. Despusdetrabajarconmaterialescompuestos,sedebetomarunaducha paraasegurarsedeexpulsarcompletamentecualquierpartculaquehaya podido alojarse en el cuerpo o en el cabello. 4.3.4 SEGURIDAD CON EL USO DE HERRAMIENTAS Lasherramientasneumticasdebenserdesconectadasdelsuministrode aire antes cambiar los cortadores.Nunca debe sostener partes pequeas de 77material en sus manos mientras taladra, siempre debe usar un apoyo. Apunte la descarga de las herramientas neumticas a un sitio donde no se encuentre ninguna persona.El uso de gafas de seguridad es necesario en el momento de lijar, taladrar o cortar. Nuncauseelairecomprimidoparaquitarelpolvodeunapartequeseha sido lijada.La presin excesiva del aire excesiva podra causar que un rea dellaminadosufraunadesunin,loquepodraocasionarunmayordao posteriorenlapieza.Paraquitarelpolvo,debeusarseunaaspiradora, seguido por un lavado con solvente. Figura 4-6: Normas de seguridad al trabajar con herramientas en materiales compuestos 4.3.5 AMBIENTE DE TRABAJO Se debe tener un buen ambiente de trabajo, para lo cual es conveniente que se sigan las siguientes recomendaciones: No bloquee el acceso a cualquier equipo de seguridad.Mantenga las reas de almacenamiento ordenadas y limpias. Los recipientes de mezcla deben ser correctamente desechados. 78Limpieacualquierderramamiento.Limpielasherramientasantesde guardarlas. Las etiquetas en los recipientes deben permanecer legibles e intactas. Los depsitos de basura deben ser vaciados peridicamente. El lijado debe ser realizado lejos del rea de unin de materiales. Mascarillasy/orecolectoresdepolvodebenserusadosduranteel lijado. Debecontarseconventilacinadecuadamientrassetrabajacon resinas.

795. CAPITULO5 CARACTERIZACIN EXPERIMENTAL 5.1 ESTUDIO MICRO MECNICO Y MACRO MECNICO Elclculomecnicodeloslaminadoscompositessigue,agrandesrasgos, losprocedimientosconvencionalesdelosmaterialesclsicosde construccin.Eneldetallesurgen,naturalmente,diferenciasdebidasasu carcterdematerialcomplejoy,especialmente,asuanisotropa.En trminos generales, sigue el esquema de la Figura 5.1 FibraMatrizCualidades de los componentesCualidades de un material supuestamente homogneoAnlisis MecnicoEnsayo de los valores lmite admisibles? < AdmisibleFMicromecnicoMacromecnicoAnlisis de fallo Figura 5-1: Sistemas generales de clculo para composites Enraznalainfluenciadelascondicionesdefabricacinpuedenexistir grandesdiferenciasentrelosvaloresdelascualidadesmecnicasmedias de los productos aparentemente idnticos de dos fabricantes distintos. Para 80poderevaluardemodoeconmicoestosvaloresmedios,losiguiente permitir revisar de modo ordenado los fundamentos del comportamiento del material, tanto en la relacin fibra/matriz (micromecnico), como ya en forma de laminado multicapa (macromecnico). A partir de las cualidades de la fibra y de la matriz, el camino micromecnico predicelascualidadesesperadasdelacapaunitariadelaasociacinfibra-matriz.Delascaractersticasmecnicas(comomdulosyvalordela contraccintransversal).Estecaminocoincideconlosmtodosdeclculo convencionales en que las cualidades de los materiales de construccin son yaconocidas.Paraloscomposites,estecaminotambinesunaparte integrantedelafinadodecadaclculo.Engeneral,laspropiedadesdela asociacin se presentan como valores ya discretos. El clculo por deformaciones o macromecnico permite descubrir, mediante elrecursoacargasexternas,elconjuntodedeformacionesdellaminadoy las tensiones y deformaciones que actan en cada capa. Elclculomacromecnicoconsideraalcompositecomouncontinuo homogneoconcaractersticasisotrpicas,ortotrpicasoanisotropas. Tambin considera a la capa individual como homognea, en contraposicin almicromecnico.Lascualidadesdelasfibrasydelamatrizestn "mezcladas" en la capa. Slo sigue siendo considerada la informacin sobre la orientacin de las fibras. Elanlisisdefallopruebabsicamentelashiptesisespecficassobreel material,puestoquelastensionesydeformacionescalculadasdeben permitir llegar al fallo de capas individuales, o de todo el laminado. Con ello secomplementan,encasoderesultadossatisfactorios,losclculos mecnicos. A continuacin se ampla la descripcin de cada camino. 815.1.1. ESTUDIO MICRO MECNICO Elclculomicromecnicodesvelalascaractersticasqueseesperandel composite a partir de las cualidades individuales de los componentes. Lamotivacinparaeldesarrollodelclculomicromecniconoestriba, ciertamente,enla"prediccin"delascaractersticasdelmaterial,que puedenserestimadasmediantemediciones.Sebasaenelempeode comprenderlosajustesdeintercambioporlacombinacindevarios materiales.Estacomprensinesdegranimportanciaparaelprogresodel desarrollo de los composites. FibraMatrizAlargamientoEsfuerzomu1'f umu1Incremento del mduloReduccin del alargameinto Figura 5-2: En la asociacincon las fibras se rebasa fuertemente el mdulo de elasticidad de la matriz polimrica, y el alargamiento a rotura retrocede al nivel de las fibras. Elconstructor"normal"puedeaprovecharelclculomicromecnicodesde dos puntos de vista. Por una parle puede ser provechosa, para el diseo de piezas composite, la comprensin de los procesos micromecnicos, como lo muestra el ejemplo del sobre alargamiento de la matriz Figura 5-2. Por otro lado,esfrecuentequenoseconozcan,porejemplo,lascualidades mecnicas del composite, pero s que se disponga de las de la fibra y de la 82matriz.Desdeunapticamicromecnicapuedeevaluarrpidamentelas caractersticas del material complejo. Laaveriguacindelosvaloreselsticoseselobjetodemuchostrabajos tericos y experimentales. La mayor parle se restringen a una consideracin bidimensional del laminado, que puede valer para lminas muy delgadas. La baseterica,paraunacorrectadeterminacindelosvalores,esla consideracindeunelementoqueposeaunvolumenposibley representativo.Todaslasfibrasdebenestardispuestasparalelay regularmente, de modo que pueda adoptarse una distribucin homognea. Mediantelasolicitacinenladireccindelasfibrassegeneran acoplamientosparalelos,estoes,igualesalargamientosdelafibrayla matriz.Mediantelacargaendireccinperpendicularsegeneran solicitaciones lineales, esto es, tensiones iguales. De ello resultan, mediante la regla de mezclas (tambin formacin de mezclas), igualdades notorias. Elclculodelosmdulosenladireccindelasfibrasylacontraccin transversal concuerdan bien con las mensuradas, mientras que en el mdulo perpendicularaladireccindelasfibrasyenelmdulodeimpacto aparecendiferenciasdiscordantes.Lacausaradica,entreotras,enel posibleabusodelconceptodequelasfibrasylaresinaparticipanenel materialdeunmodohomogneo.Enlarealidadseencuentrauna participacinciertamentemuyaproximada,peronoexactamente homognea. Dentro del anlisis micromecnico, presentamos a continuacin micrografas tomadasdelasprobetasensayadas.Lamicrografadelosmaterialesfue desarrolladaenelLaboratoriodeMetalurgiadelaESPE,utilizandoel microscopio ptico de las siguientes caractersticas: 835.1.1.1.Anlisis microgrfico de la fibra de vidrio.- Figura 5-3: Seccin transversal del composite fibra de vidrio-resina epxica (50X) Figura 5-4: Filamento de fibra de vidrio (200X) 84 Figura 5-5: Probeta de fibra de vidrio, cobertura de resina epxica (200X), Figura 5-6: probeta ensayada a traccin de fibra de vidrio, divisin en la zona de rotura, resina epxica (lado izquierdo) y fibra de vidrio (lado derecho). (100X)

85 5.1.1.2. Anlisis microgrfico de la fibra de carbono.- Figura 5-7: Seccin transversal del composite fibra de carbono-resina epxica (50X) Figura 5-8: Filamento de fibra de carbono (200X) 86 Figura 5-9: Cobertura de resina epxica en la probeta de fibra de carbono (200X), Figura 5-10: Varios hilos que forman el tejido(200X) 87 Figura 5-11: Probeta de fibra de carbono ensayada a traccin, zona de rotura, se distingue la resina epxica y los filamentos de fibra de carbono (100X) 5.1.1.3 Anlisis microgrfico del Kevlar.- Figura 5-12: Seccin transversal del composite Kevlar-resina epxica (50X) 88 Figura 5-13: Cobertura de resina epxica la probeta de Kevlar (200X), Figura 5-14: Cruce de direcciones del tejido de Kevlar (200X) 89 Figura 5-15: cruce de direcciones del tejido y ciertos filamentos (200X) Figura 5-16: Probeta de Kevlar ensayada a traccin, divisin en la zona de rotura, se distingue la resina epxica y los filamentos de fibra de carbono (100X) 905.1.2ESTUDIO MACRO MECNICO Elclculodedeformacionesdelaminadosmulticapadistinguetambinel caminomacromecnico.Consideraacadacapacomouncontinuo homogneoconcaractersticasisotrpicas,anisotrpicas,otambin ortotrpicas. Con las solicitaciones externas se producen deformaciones en el laminado y tambinajustesdetensinyalargamientoenlascapasindividuales.El mododedeformacinesmuydistintocomparadoconeldelosmateriales isotrpicos.Enlosmaterialesisotrpicoslastensionesnormalesproducen sloalargamientosnormalesylosesfuerzosdeimpactosolamente cizalladuras.Estacorrespondenciaocurre,enloslaminadosdeplstico reforzado con fibras, slo bajo de