En la ciencia de los materiales , los materiales compuestos avanzados ( ACM ) son materiales que generalmente se caracterizan por fibras de resistencia inusualmente alta con características de rigidez o módulo de elasticidad inusualmente altas , en comparación con otros materiales, mientras que están unidas entre sí por matrices más débiles . Estos se denominan "materiales compuestos avanzados" en comparación con los materiales compuestos de uso común, como el hormigón armado o incluso el propio hormigón . Las fibras de alta resistencia también son de baja densidad y ocupan una gran fracción del volumen .
Los compuestos avanzados presentan propiedades físicas y químicas deseables que incluyen peso ligero junto con alta rigidez ( elasticidad ) y resistencia a lo largo de la dirección de la fibra de refuerzo, estabilidad dimensional, resistencia a la temperatura y a los productos químicos, rendimiento de flexión y procesamiento relativamente fácil. Los compuestos avanzados están reemplazando a los componentes metálicos en muchos usos, particularmente en la industria aeroespacial .
Los materiales compuestos se clasifican según su fase de matriz . Estas clasificaciones son: materiales compuestos de matriz polimérica (PMC) , materiales compuestos de matriz cerámica (CMC) y materiales compuestos de matriz metálica (MMC). Además, los materiales dentro de estas categorías a menudo se denominan "avanzados" si combinan las propiedades de altos valores de resistencia (axial, longitudinal ) y altos valores de rigidez ( axial , longitudinal), con bajo peso, resistencia a la corrosión y, en algunos casos, propiedades eléctricas especiales.
Los materiales compuestos avanzados tienen aplicaciones amplias y comprobadas en los sectores de la aviación , la industria aeroespacial y el equipamiento deportivo . Más concretamente, los ACM son muy atractivos para las piezas estructurales de la aviación y la industria aeroespacial. Los ACM se han desarrollado para el Programa de Transporte Espacial Avanzado de la NASA , la protección de blindaje para la aviación del ejército y la Administración Federal de Aviación de los EE. UU., y los ejes de alta temperatura para el helicóptero Comanche . Además, los ACM tienen una historia de décadas en las industrias aeroespaciales militares y gubernamentales . Sin embargo, gran parte de la tecnología es nueva y no se presenta formalmente en la educación secundaria o universitaria , y la tecnología de fabricación de compuestos avanzados está en constante evolución. [1] [2] [3]
La fabricación de ACM es una industria multimillonaria en todo el mundo. Los productos compuestos abarcan desde patinetas hasta componentes del transbordador espacial . La industria se puede dividir en dos segmentos básicos, compuestos industriales y compuestos avanzados. Varios de los procesos de fabricación de compuestos son comunes a ambos segmentos. Los dos segmentos básicos se describen a continuación. [1] [2]
La industria de los compuestos industriales existe desde hace más de 40 años en los EE. UU. Esta gran industria utiliza varios sistemas de resina , entre ellos poliéster , epoxi y otras resinas especiales. Estos materiales, junto con un catalizador o agente de curado y algún tipo de refuerzo de fibra (normalmente fibras de vidrio), se utilizan en la producción de un amplio espectro de componentes industriales y bienes de consumo: barcos, tuberías, carrocerías de automóviles y una variedad de otras piezas y componentes. [1] [2]
La industria de los materiales compuestos avanzados, o industria de los materiales compuestos avanzados, se caracteriza por el uso de sistemas de resina costosos y de alto rendimiento y refuerzos de fibra de alta resistencia y rigidez. La industria aeroespacial, que incluye aeronaves militares y comerciales de todo tipo, es el principal cliente de los materiales compuestos avanzados. Estos materiales también han sido adoptados para su uso por los proveedores de artículos deportivos que venden equipos de alto rendimiento para los mercados de golf , tenis , pesca y tiro con arco ; [1] [2] [3] así como en la industria de las piscinas con estructuras de paredes compuestas. [4]
Si bien el mercado predominante para los compuestos avanzados es el aeroespacial en la actualidad, los mercados industriales y automotrices verán un uso cada vez mayor de compuestos avanzados hacia el año 2000 (ahora estamos en 2024, esto ya está obsoleto). En la actualidad, se emplean procesos tanto manuales como automatizados para fabricar piezas de compuestos avanzados. A medida que los procesos automatizados se vuelvan más predominantes, se espera que los costos de los compuestos avanzados disminuyan hasta el punto en que estos materiales se utilizarán ampliamente en equipos electrónicos, de maquinaria y de transporte terrestre.
Los proveedores de materiales compuestos avanzados suelen ser empresas grandes capaces de realizar la investigación y el desarrollo necesarios para proporcionar los sistemas de resina de alto rendimiento que se utilizan en este segmento de la industria. Los usuarios finales también suelen ser grandes y muchos de ellos pertenecen al sector aeronáutico y aeroespacial. [1] [2] [3]
A pesar de su resistencia y bajo peso, los materiales compuestos no han sido una solución milagrosa para las estructuras de las aeronaves. Los materiales compuestos suelen ser difíciles de inspeccionar para detectar defectos. Algunos de ellos absorben la humedad. Y lo que es más importante, pueden resultar prohibitivamente caros, principalmente porque requieren mucha mano de obra y, a menudo, máquinas de fabricación complejas y caras. El aluminio, en cambio, es fácil y barato de fabricar y reparar; por ejemplo, en una colisión menor, un componente de aluminio a menudo se puede devolver a su forma original con un martillo, mientras que un componente de fibra de vidrio aplastado probablemente tendrá que reemplazarse por completo. [5]
El aluminio tiene una tenacidad a la fractura relativamente alta, lo que le permite sufrir grandes cantidades de deformación plástica antes de fallar. Los compuestos, por otro lado, son menos tolerantes a los daños y sufren mucha menos deformación plástica antes de fallar. Un avión hecho completamente de aluminio se puede reparar prácticamente en cualquier lugar. Este no es el caso de los materiales compuestos, en particular porque utilizan materiales diferentes y más exóticos. Debido a esto, los compuestos probablemente siempre se utilizarán más en aviones militares, que se mantienen constantemente, que en aviones comerciales, que tienen que requerir menos mantenimiento. [5] El aluminio sigue siendo un material notablemente útil para las estructuras de las aeronaves y los metalúrgicos han trabajado duro para desarrollar mejores aleaciones de aluminio, por ejemplo, aleaciones de aluminio y litio .
Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional . Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio .