Refuerzo (compuesto) - Reinforcement (composite)
El refuerzo es un componente de un material compuesto .
Función
A continuación se muestran las funciones del refuerzo en un compuesto:
- Aumenta las propiedades mecánicas del composite.
- Proporciona resistencia y rigidez al material compuesto en una dirección ya que el refuerzo lleva la carga a lo largo de la fibra.
Refuerzo de fibra
La propagación de grietas se evita considerablemente, mientras que la rigidez se agrega normalmente mediante el refuerzo. Las fibras delgadas pueden tener una resistencia muy alta y pueden aumentar sustancialmente las propiedades generales del material compuesto siempre que estén unidas mecánicamente a la matriz.
Los compuestos reforzados con fibra tienen dos tipos, y son reforzados con fibra corta y reforzados con fibra continua. Las operaciones de moldeado de láminas y moldeado por compresión suelen utilizar fibras largas y cortas. Estos están disponibles en forma de virutas, escamas y mate aleatorio (que también se puede producir a partir de una fibra continua colocada aleatoriamente hasta que se alcance el espesor deseado del laminado / capa).
Una estructura laminada o en capas suele estar constituida por materiales reforzados continuos. Los estilos de fibra continua y tejida suelen estar disponibles en varias formas, preimpregnados con la matriz dada (resina), cintas secas, unidireccionales de diferentes anchos, ligamento tafetán, arnés de raso, trenzado y cosido.
El refuerzo utiliza algunas de las fibras comunes, como fibras de carbono, celulosa (fibra de madera / papel y paja), fibras de vidrio y polímeros de alta resistencia, por ejemplo, aramida . Para aplicaciones de alta temperatura, se utilizan fibras de carburo de silicio .
Refuerzo de partículas
El refuerzo de partículas agrega un efecto similar al endurecimiento por precipitación en metales y cerámicas. Las partículas grandes evitan el movimiento de dislocación y la propagación de grietas, además de contribuir al módulo de Young del compuesto . En general, el efecto de refuerzo de partículas en el módulo de Young se encuentra entre los valores predichos por
como un límite inferior y
como límite superior.
Por lo tanto, se puede expresar como una combinación lineal de contribución de la matriz y alguna contribución ponderada de las partículas.
Donde K c es una constante derivada experimentalmente entre 0 y 1. Este rango de valores para K c refleja que los compuestos reforzados con partículas no se caracterizan por la condición de isostrain.
De manera similar, la resistencia a la tracción se puede modelar en una ecuación de construcción similar donde K s es una constante acotada de manera similar no necesariamente del mismo valor de K c
El valor real de K c y K s varía según factores que incluyen la forma de las partículas, la distribución de las partículas y la interfaz partícula / matriz. Conociendo estos parámetros, las propiedades mecánicas se pueden modelar en base a los efectos del fortalecimiento de los límites del grano , el fortalecimiento de la dislocación y el fortalecimiento de Orowan .
El compuesto reforzado con partículas más común es el hormigón, que es una mezcla de grava y arena, generalmente reforzada mediante la adición de pequeñas rocas o arena. Los metales a menudo se refuerzan con cerámica para aumentar la resistencia a costa de la ductilidad . Finalmente, los polímeros y el caucho a menudo se refuerzan con negro de humo, comúnmente utilizado en neumáticos de automóviles.