Los materiales compuestos de polímeros consisten en fibras incrustadas en una matriz plástica elástica. La fibra proporciona la resistencia, o refuerzo, para el material compuesto, y la matriz proporciona el soporte. Los materiales compuestos ocurren en la naturaleza. La madera es un compuesto natural que consiste en celulosa como fibra y lignina como matriz. Los materiales compuestos de polímeros son ligeros y resisten mejor el calor y la corrosión que los plásticos convencionales o compuestos naturales. Se desarrollaron por primera vez en la década de 1940 para aplicaciones militares y aeroespaciales.
Fibra
El vidrio y las fibras naturales como la paja, el yute y el cáñamo han proporcionado refuerzo para los materiales de la matriz desde la antigüedad. Los primeros compuestos poliméricos desarrollados en la década de 1940 utilizaron fibras de vidrio y carbono. El boro en polvo, el nitruro de boro y las fibras de poliaramida como Kevlar se utilizan como refuerzo para materiales de alto rendimiento, como los cascos de los aviones. El boro y las poliaramidas forman estructuras moleculares de cadena larga que proporcionan la resistencia de la fibra.
Matrix
Los termoplásticos y los termoplásticos son materiales de matriz. Los termoestables son plásticos que se endurecen irreversiblemente cuando se endurecen químicamente o se vulcanizan. Los ejemplos son resina epoxi y caucho vulcanizado. Estos materiales tienen una alta resistencia al calor. Los termoplásticos son materiales que se licúan cuando se calientan y se colocan como vidrio cuando se enfrían. Los celuloides, acrílicos y poliésteres son ejemplos.
Fortaleza
Los materiales naturales son ortotrópicos, lo que significa que son más fuertes en una dirección que en otra. Los compuestos de polímeros se pueden fabricar para que sean isotrópicos, que posean la misma resistencia en todas las direcciones, u ortótropos. La alta resistencia a la tracción es la principal ventaja de un compuesto de polímero. Las fibras de poliaramida son cinco veces más fuertes que el acero en base al peso por peso. Su desventaja es que tienen una baja resistencia a la compresión y pueden romperse fácilmente.
Peso y resistencia
Los materiales compuestos de polímero son materiales livianos que proporcionan una ventaja para los cascos de los aviones y la carrocería de la bicicleta. Los vehículos militares y pesados usan materiales compuestos tanto en la carrocería como en el motor y los sistemas de transmisión. Los sistemas de tránsito masivo en trenes, metros y autobuses usan materiales compuestos para techos, paredes, pisos y asientos. Los materiales compuestos de polímeros tienen una alta resistencia a la corrosión química y al rayado. Su resistencia al agua de mar y al óxido es una ventaja cuando se utilizan en embarcaciones u otras embarcaciones marinas.
Propiedades del material
Existe una comprensión limitada de las propiedades del material de los compuestos de polímeros en un micro y molecular nivel. La resina debe envolver la fibra por completo dentro del compuesto. Si no, la fuerza del material se reduce. Las propiedades micromecánicas del compuesto en la interfaz entre la resina y la fibra tampoco se comprenden bien.
Costo
El costo de los compuestos de polímero puede superar muchas de sus ventajas. Los materiales avanzados requieren costosos procedimientos de diseño y procesamiento. El personal de la compañía necesita capacitación adicional para producirlos. El proceso de producción puede requerir salvaguardias adicionales para la salud y el medio ambiente. Las propiedades especiales del material deben justificar el costo de su diseño y producción.
