Los materiales compuestos son aquellos formados por dos o más componentes, diferenciados a nivel macroscópico que se encuentran mecánica o químicamente unidos. Es decir, los componentes que lo forman son distinguibles a la vista, ya que es una mezcla heterogénea y separables mecánicamente.

Sin embargo, la mezcla de dos materiales no conlleva directamente la creación de un material compuesto. Para que esto ocurra, debe existir una sinergia entre los componentes. En otras palabras, el producto final presenta unas propiedades mecánicas superiores a la simple suma de las propiedades particulares de los componentes. Además, no se consideran materiales compuestos los polifásicos en los que en un tratamiento térmico se cambia la composición de las fases (como las aleaciones metálicas).

En la actualidad, relacionamos los composites con industrias y aplicaciones punteras y novedosas, como la aviación, los super deportivos o aplicaciones espaciales. Sin embargo, son productos que podemos encontrar comúnmente en casi cualquier escenario cotidiano y desde hace tiempo. Los ladrillos de adobe, la madera, las construcciones de piedra o los propios huesos son materiales compuestos.

¿Sabías que la primera aplicación de los materiales compuestos para la fabricación de herramientas conocida fueron los arcos japoneses Yumi?

Para la fabricación de estos arcos utilizaban bambú para aportar las características de flexibilidad con resina de pino, componente utilizado para rigidizar el producto. Por otro lado, la cuerda era una compuesto de cáñamo, resina de pino y aceite vegetal.

Volviendo al presente, construimos con vigas de hormigón armado y nos bañamos en piscinas de fibra de vidrio, todo esto, material compuesto.

En IBERIA COMPOSITECH nos dedicamos al diseño y fabricación de composites de polímeros reforzados con fibras (FRP), aplicando las tecnologías más vanguardistas existentes. Es para este grupo de materiales compuestos donde se pone de manifiesto de manera más evidente la sinergia que se produce entre la matriz y el refuerzo.

Propiedades de los materiales compuestos

A la baja densidad del producto final, hay que sumar las elevadas propiedades específicas (superiores a las de los metales), buena estabilidad dimensional y resistencia química, al fuego, a la corrosión y al desgaste. Además de estas características, estos materiales compuestos presentan ventajas asociadas a su conformación, en las que encontramos una gran flexibilidad en el diseño a un precio asequible.

Estos composites están formados por una matriz polimérica y un refuerzo en formas y materiales variados. La matriz aporta al producto final las propiedades de adhesión, la resistencia a la compresión, la dureza, la temperatura de trabajo máxima y el aspecto visual. Mientras que el refuerzo contribuye en las características de resistencia a tracción, la rigidez, la resistencia a impactos y otras propiedades especiales.

Respecto a los refuerzos, podemos encontrarlos en formatos de partículas o en fibras. Dependiendo de la longitud de estas, se categorizan en whiskers para fibras menores de 1,2 cm; cortas, menores de 6 cm y largas. Estas últimas aportan las mejores propiedades mecánicas con respecto a las otras dos. Además, según la disposición dimensional con respecto a la pieza conseguiremos unas propiedades u otras, generando piezas con anisotropía planar si así se requiere. De esta forma, la optimización del peso en busca de las propiedades mecánicas es excelente.

Tipos de materiales compuestos

Los materiales utilizados para los refuerzos son tan diversos como aplicaciones existentes. La fibra de vidrio, fibra de carbono o la fibra de aramida (kevlar) son las más conocidas. Sin embargo, también es interesante el uso de fibras poliméricas, cerámicas, metálicas y sobre todo fibras naturales, capaces de ser recicladas.

Para las matrices poliméricas, el tipo de plástico comúnmente utilizado es el termoestable. Este tipo de polímero se degrada cuando llega a una temperatura determinada. Por otro lado, encontramos las matrices termoplásticas. Estas últimas, pese a tener peores propiedades mecánicas son capaces de fundirse y volver a moldearse para formar otra pieza.

Los materiales compuestos basados en termoestables con fibras de vidrio o de carbono representan la composición habitual de la mayoría de las aplicaciones actuales de los materiales compuestos. La continua optimización de los materiales y la aparición de nuevos procesos han permitido que los materiales compuestos entren en sectores cada vez más exigentes y que requieren desarrollos específicos de alta tecnología.

En general, los mercados dominantes de aplicación de los plásticos reforzados con fibras y sus porcentajes relativos son los siguientes: sector de automoción (23%), construcción civil (21%), aeronáutica (17%) y deporte y recreo (9%).

El resto está dividido en aplicaciones de menor consumo en los campos de energía eólica, medicina, ferrocarril, construcción naval, bienes de consumo y productos de electrónica.

Si quieres profundizar más en el mundo de los composites y sus procesos de fabricación, en esta sección te contamos algunas de las tecnologías con las que trabajamos.