Industria askok arazo komun bati aurre egiten diote gaur egun, hau da, sendoak eta malguak diren materialak behar dituzte, baina arinak. Material konposatuek arazo hau konpondu dezakete. Material ezberdinen indarrak konbina ditzakete emaitza hobeak eta eraginkorragoak lortzeko. Material konposatuak asko erabiltzen dira industria aeroespazialean, automobilgintzan eta eraikuntzan. Zer da material konposatua?

Material hauek bi substantzia desberdin edo gehiago nahasiz eratzen dira, bakoitzak bere ezaugarri fisiko edo kimiko bereziak dituelarik. Ondorioz, elkartzen direnean, ezaugarri hobetuak dituen material berri bat sortzen dute. Ondorioz, material berri hau indartsuagoa, arinagoa edo indarrekiko erresistenteagoa izan daiteke jatorrizko substantziekin alderatuta.

Material konposatuak eta haien moten jakin-mina duzu? Azter dezagun zerk egiten dituen material horiek bereziak eta nola aplikatzen diren hainbat industriatan.

Zer da material konposatua?

Material konposatu bat sortzeko, ingeniariek bi material ezberdin konbinatzen dituzte, bakoitzak bere propietate bereziekin. Konbinazio honek jatorrizkoetan aurkitzen ez diren ezaugarriak dituen material berri bat sortzen du. Material berri hau funtzio zehatzak betetzeko diseinatzen dute, hala nola, indartsuagoa, arinagoa edo elektrizitatearekiko erresistentea izatea. Gainera, material konposatuek indarra eta zurruntasuna hobetu ditzakete.

Material konposatuaren historia laburra

Jendea duela urte asko hasi zen material konposatuak erabiltzen iraganean. K.a. 3400. urtean, Mesopotamiarrek egin zituzten gizakiak egindako lehen material konposatuak. Egur zati meheak elkarri itsatsi egiten dituzte angelu ezberdinetan kontratxapatua sendoagoa egiteko. Geroago, K.a. 2181 inguruan, antzinako egiptoarrek heriotza-maskarak egin zituzten. Lihoa edo papiroa erabiltzen zuten eta igeltsuz estaltzen zuten. Bi gizarteek lastoa ere gehitu zuten beste material batzuk sendotzeko, hala nola lokatz-adreilua, zeramika eta itsasontziak.

K.o. 1200 inguruan, mongoliarrek arku konposatu indartsua sortu zuten. Horretarako, hainbat material konbinatu zituzten, besteak beste, egurra, tendoia, adarra, banbua, hezurra eta zeta. Trementina erabiltzen zuten kola gisa pieza guztiak elkarrekin eusteko, eta ondorioz arma oso eraginkorra izan zen.

Aurrerapen modernoak konpositeetan

Industri Iraultzaren ondoren, polimerizazio-prozesuaren bidez solido bihurtu ziren erretxin sintetikoak, eta horrek hainbat plastiko ekoiztea ekarri zuen XX. Leo Baekelandek erretxina fenolikoa asmatu zuen, oso ezaguna zen bere propietate ez-eroale eta beroarekiko erresistenteengatik. 20eko hamarkadan, Owens Corning-ek beira-zuntzak sartu zituen eta FRP (zuntz indartutako polimeroa) industriaren aitzindaria izan zen. Garai hartan egindako erretxinak biziki garatu ziren eta gaur egun ere erabiltzen dira. Bi urte geroago, erretxina-sistema sendoagoa sortu zen.

Konpositeen eragin iraunkorra

Hasierako karbono-zuntza 1961ean patentatu zen eta pixkanaka ospea irabazi zuen aplikazio komertzialetan. 1990eko hamarkadaren erdialdera, material konposatuak ospe handiagoa lortu zuten manufaktura eta eraikuntza bezalako industrietan. Material zaharrak baino merkeagoak eta sendoagoak dira. Boeing 787 Dreamliner-en konposatuak erabiltzeak 2000ko hamarkadaren erdialdean gehiago frogatu zuen haien balioa. Erresistentzia handia behar duten aplikazioetarako duten garrantzia erakusten du, aplikazio modernoetarako beharrezko bihurtuz.

Zerez eginda daude konpositeak?

Jendeak konposatuak Fiber-Reinforced Polymer (FRP) konposite gisa ere aipatzen ditu. Fabrikatzaileek polimero-matrize bat erabiliz sortzen dituzte. Matrize hau zuntz ingeniaritza, sintetiko edo naturalekin indartzen dute, beira, karbonoa edo aramida bezalako materialak izan ditzaketenak. Gainera, beste material batzuk erabil ditzakete konpositearen indarra hobetzeko.

Matrizeak zeregin garrantzitsua du. Zuntzak ingurumen-kalteetatik eta kanpoko beste eraginetatik babesten ditu, eta, aldi berean, haien arteko karga-transferentzia errazten du. Bestalde, zuntzek indarra eta zurruntasuna ematen dute. Matrizeari eusten laguntzen diote eta pitzadurak eta hausturak aurre egiteko aukera ematen diote.

Gure industriako produktu askotan, fabrikatzaileek sarritan poliester erretxinako matrizea osatzen dute eta normalean beira-zuntza erabiltzen dute indargarri material gisa. Hala ere, konposatuak sor ditzakete erretxina eta errefortzuaren konbinazio desberdinak erabiliz, bikote bakoitzak azken produktuaren ezaugarri eta propietate ezberdinetan eragin berezia duelarik. Zuntza sendoa den arren, erraz apurtu ohi da, beraz, indarra eta zurruntasuna ematen du. Bitartean, erretxina malguak zuntza moldatzen eta babesten du.

FRP konpositeek betegarriak, gehigarriak eta oinarrizko materialak ere izan ditzakete. Azaleko akaberak ere izan ditzakete. Gehigarri hauek ekoizpen-prozesua hobetzeko erabiltzen dira. Gainera, produktuaren itxura hobetzen dute eta bere errendimendua areagotzen dute.

Material konposatuen propietate nagusiak

Material konposatuek propietate berezi asko dituzte. Ezaugarri hauek direla eta, oso polifazetikoak dira eta erabilera zail eta zorrotzetan ere ondo funtzionatzen dute. Ezaugarri garrantzitsu hauek eragin handia dute haien eraginkortasunean. Orain, ikus ditzagun produktuak egiterakoan oso erabilgarriak diren propietate desberdinak.

Indarra

Jendeak konposatuak osatzen dituzten material indibidualak baino indartsuagoak direla aitortzen du. Ondorioz, indarra areagotzen dute eta egiturak sendoagoak egiten dituzte. Hori dela eta, material konposatuak aukera bikaina dira karga astunak eusteko gaitasuna eskatzen duten aplikazioetarako.

Iraunkortasuna

Material konposatuak eguraldi gogor edo korrosioa eragiten duten inguruneetan erabil daitezke. Era berean, ondo funtzionatzen dute behin eta berriz estresaren pean, hala nola kolpeak eta bibrazioak. Horrek espazio-ontzietan, autoetan eta hegazkinetan erabiltzeko aproposak bihurtzen ditu.

Eragina erresistentzia

Fabrikatzaileek material hauek diseinatzen dituzte inpaktuak maneiatzeko eta indarra hedatzeko, kalterik jasan gabe. Gaitasun hori funtsezkoa da, batez ere eragina izan daitekeen aplikazioetan. Ondorioz, istripuen edo kolpeen kalteei aurre egiteko duten gaitasunak ezinbestekoak bihurtzen ditu istripuak babesteko egituretarako.

Erresistentzia kimikoa

Konpositeak gai kimiko indartsuen edo ingurune gogorren kalteei aurre egiteko gai dira. Horrek ezin hobeak bihurtzen ditu kimikoekiko erresistenteak diren estaldurak sortzeko. Produktu kimikoak maneiatzen dituzten ekipoetan ere erabiltzen dira.

Malgutasuna

Konpositeak oso malguak dira eta tolestu edo forma alda dezakete hautsi gabe. Modu zehatzetan okertzeko ere diseinatu daitezke, aurreikusitako erabileraren arabera. Honek gorputz-adarre protesikoak egiteko onak egiten ditu. Gainera, haien izaera malguak ingeniariei aukera hobeak ematen dizkie mugitzen diren karga edo bibrazioei aurre egiten dieten gauzetarako.

Besodun

Material hauek propietate sendoak dituzte baina ez dira astunak. Arinak diren piezak eta egiturak ekoizteko aukera ematen dute. Pisuarekin alderatuta duten indarra kalitate garrantzitsua da pisua murriztea oso garrantzitsua den industrietan.

Egonkortasun termikoa

Material konposatuek beren forma mantendu dezakete bero handia jasan dutenean. Tenperatura altuetan indartsu egoteko gaitasuna oso garrantzitsua da. Baldintza oso beroak dituzten erabileretarako beharrezkoa da.

Eroankortasuna

Konpositeek propietate elektriko oso onak izan ditzakete. Isolatzaile on gisa jarduteko edo elektrizitatea ondo eroateko egin daitezke.

Isolamendu akustikoa

Konpositeak bereziak dira, zarata igarotzea murriztu edo geldiarazi dezaketelako. Soinu-blokeatzeko propietate honek soinu-insonorizaziorako ezin hobeak bihurtzen ditu.

Compositearen 3 abantaila nagusiak Materialak

Jendeak sarritan erabiltzen ditu konposatuak eguneroko elementuetan. Autoetan, golfeko ekipoetan eta baita hodietan ere aurki ditzakegu. Oso garrantzitsuak dira makina aurreratuetarako ere suziri-ontziak bezalakoak. Beren propietate bereziengatik, abantaila gehiago ematen dituzte material tradizionalekin alderatuta. Ingeniariek, diseinatzaileek eta arkitektoek nahiago dute konpositeak erabili, batez ere, indar handia edo beroarekiko erresistentzia garrantzitsua den egoera zailetan.

Eraginkortasuna

Konposatuak errentagarriagoak dira egurra eta metala bezalako material arruntak baino. Merkeagoak izateaz gain, funtzionaltasun hobea eskaintzen dute. Gainera, konpositeak ingurumena errespetatzen dute. Hau da, hondakin gutxiago sortzen dutelako ekoizpenean eta erabileran.

Ekoizpen-denbora eta esfortzua murriztea

Produkzio-prozesuan konpositeak erabiltzeak produktuak egiteko behar den denbora murrizten laguntzen du. Gainera, material tradizional desberdinak elkartzeko behar den lana murrizten du.

Diseinuaren aldakortasuna

Material konposatuen abantail nagusietako bat diseinuan duten malgutasuna da. Ingeniariek behar duten forma edo forma egin ditzakete. Horri esker, material horiekin pieza eta osagai konplexuak sor ditzakete.

Konposite motak

Konpositeen onura orokorrak ezagutu ondoren, ara ditzagun konposite mota desberdinak.

Material konposatu naturalak

Mota konposatua	indartzea	Matrix	Erabilera adibidea
Wood	Zelulosazko zuntzak	Lignina (karbonoan oinarritutako polimero organikoak)	Eraikuntza-materialak, altzarigintza, etab.
Bone	Kolageno-zuntzak	Hidroxiapatita (kaltzioan oinarritutako mineral kristalinoa)	Organismo bizidunen egitura-euskarria
Hormigoia/Adreilua	Lasto	Lokatza edo buztina	Eraikinen eraikuntza, hormak bezalako azpiegiturak, etab.

Material konposatu klasikoak

1930eko hamarkadan, lehen material konposatu modernoa agertu zen, beira-zuntza. Beira-zuntzez indartutako plastiko gisa ere ezagutzen da (GRFP edo GRP). Garapenarekin, GRP normalean zinta moduan etortzen da, erabiltzeko moldean itsatsita, plastikozko uhalak beira-zuntzari eusteko substratu gisa. Beira-zuntzak materiala sendotzen laguntzen du. Karbono-zuntzez indartutako plastikoak (CRFP edo CRP) GRPren antzekoak dira, baina karbono-zuntza erabiltzen dute.

• Beira-zuntzez indartutako plastikoa (GRP)

Oinarrizko Sarrera

Beira-zuntza lehen material konposatu modernoa izan zen. Hasieran "beira-zuntza" bezala idatzita, gaur egun beira-zuntzez indartutako plastikoa (GRFP edo GRP) deitzen zaio. Material hau 1930eko hamarkadan sortu zen.

Forma eta Osaera

Gaur egun, fabrikatzaileek sarritan beira-zuntza eskaintzen dute erabiltzaileek molde baten gainazalean aplika ditzaketen zinta moduan. Plastikozko babes-zintak matrize gisa jokatzen du, beira-zuntzak bere horretan eusten dituelarik. Hala ere, beira-zuntzek materialaren indar gehiena ematen dute.

Materialen propietateak

Plastikoa berez biguna eta malgua da, beira sendoa baina hauskorra den bitartean. Konbinatuta, material sendoa eta iraunkorra osatzen dute. Material hau aproposa da auto edo itsasontzien karrozeria bezalako aplikazioetarako. Metalak edo aleazioak ez bezala, pisu arinagoa eta herdoilarekiko erresistentea da.

• Karbono-zuntzez indartutako plastikoa (CRFP edo CRP)

Konektatu GRPra

GRPren antzekoa da.

Aldea

Karbono zuntzak erabiltzen ditu beira zuntzen ordez.

Konposite modernoak

Konposite aurreratu modernoak, oro har, metala, plastikoa (polimeroa) edo zeramika bezalako materialak erabiliz eraikitzen dira. Ondorioz, hiru konposite mota nagusi sortzen dira: matrize metaliko konposatuak (MMC), polimero matrize konposatuak (PMC) eta matrize zeramikazko konposatuak (CMC).

Matrize metaliko konposatuak (MMC)

Fabrikatzaileek MMC-ren matrizea metal arinak erabiliz osatzen dute, hala nola aluminioa edo magnesioa aleazioak. Ekoizpenean, zeramika edo karbono zuntzak erabiltzen dituzte indartzeko, silizio karburoz indartutako aluminioa eta grafenoaz indartutako kobre-nikel aleazioak bezala. Material hauek sendoak, gogorrak, iraunkorrak, herdoilaren aurkakoak eta nahiko argiak dira. Hala ere, haien kostu altuak erabilera mugatu ohi du. Aeroespazialean, militarretan, automobilgintzan eta ebaketa-tresnetan ezagunak dira.

Matrize Zeramikazko Konposatuak (CMC)

Matrize zeramikazko konpositeek (CMC) zeramikazko material bat erabiltzen dute, adibidez, beira borosilikatoa, matrize gisa. Karbono edo zeramikazko zuntzak gehitzen dira indartzeko, zeramika tradizionalen hauskortasuna murrizteko. CMCen adibideak dira karbono-zuntzez indartutako silizio-karburoa (C/SiC) eta silizio-karburoarekin indartutako silizio-karburoa (SiC/SiC).

Hasieran, CMCak aplikazio aeroespazialerako eta militarretarako garatu ziren, non material arinak eta tenperatura altuko erresistentzia funtsezkoak ziren. Gaur egun, automobilen balaztak, enbrageak, errodamenduak, bero-trukagailuak eta baita erreaktore nuklearretan ere erabiltzen dira.

Polimero Matrize Konposatuak (PMC)

GRP bezalako PMCak desberdinak dira. PMCetan, zeramikazko edo karbono-zuntzek termoplastikoa edo termoegonkorra izan daitekeen plastikozko matrizearen indarra eta zurruntasuna hobetzen dituzte. Orokorrean, termoegonkortasunean oinarritutako PMCak hobeak dira tenperatura altuak eta disolbatzaileak jasaten, baina ez dira hain gogorrak eta denbora gehiago behar dute egiteko. Bikainak dira auto, itsasontzi eta hegazkinentzako piezak fabrikatzeko. Fabrikatzaileek asko erabiltzen dituzte kirol ekipamenduak ekoizteko. Industria aeroespazialak normalean epoxian oinarritutako PMCak erabiltzen ditu, eta tenperatura altuko erresistenteak diren termoplastikoetan oinarritutako PMCen garrantzia ere hazten ari da.

Material konposatuen aplikazioak

Material konposatuak industria askotan erabiltzen dira eta aplikazio asko dituzte. Hona hemen adibide batzuk:

• Aerospace

Hegazkinetan konpositeen erabilera hazi egin da. Adibidez, B787 pisuaren %50eko konposatuak dira, karbonozko sandwich egiturak, CFRP laminatuak eta beira-zuntza erabiliz. Konpositeak hobesten dira aluminioaren aldean, beren sendotasun eta trakzio propietate hobeengatik.

• Automotive

Fabrikatzaileek konposatuak erabiltzen dituzte kirol eta ibilgailu elektrikoetan beren propietate arinengatik, errendimendua hobetzen duten eta bateriaren autonomia zabaltzen dutenengatik. CFRC piezak ibilgailuaren pisua %30 murriztu dezakete. Karbono-zuntza birziklatzeak energia aurrezten eta isuriak murrizten laguntzen du.

• Armadaren

GF eta CF konposatuak ontzigintzan eta itsas konponketetan asko erabiltzen dira. Metal tradizionalak ordezkatu dituzte beren izaera arinagatik, aparteko indarragatik eta iraunkortasunagatik. Fabrikatzaileek GRP nahiago dute ingurune gogorrei eta mantentze eskakizun baxuei erresistentziagatik.

• Energia Eolikoaren

Konpositeak ezinbestekoak dira aerosorgailuen paletan, indar-pisu erlazio handiagatik. Turbina zaharrak EoL iristen diren heinean, birziklatzea funtsezkoa da. EBko herrialde batzuek pala konposatuak zabortegiak debekatzen dituzte, birziklatzeko irtenbide hobeak bultzatuz.

• Eraikuntza eta Azpiegiturak

Konposite aurreratuak zubiak eraikitzeko eta lurrikararen erresistentziarako egiturak berritzeko erabiltzen dira. Beira eta karbono zuntzak erretxinetan ohikoak dira. Industriak birziklapen iraunkorra bilatzen du EoL material hondakin handiak kudeatzeko.

TEAM Rapid: Material konposatuen soluzioetarako zure aukera nagusia

TEAM Rapid material konposatuetan espezializatutako goi mailako enpresa da. Zerbitzu sorta zabala eskaintzen dugu, gure puntako teknologia eta industriaren ezagutza aprobetxatuz. Gure talde trebeak esperientzia handia du hainbat material konposatu eta fabrikazio teknikekin. Zure beharrak aeroespazialean, automobilgintzan, itsasgintzan edo beste industria batzuetan izan, zure eskakizun espezifikoei erantzuteko diseinatutako soluzioak eskaintzen ditugu.

Kalitatearekin eta berrikuntzarekin dugun konpromisoarekin, entregatzen ditugun pieza eta produktu konposatuak maila gorenekoa direla ziurtatzen dugu. Gure punta-puntako instalazioekin eta esperientzia handiko profesionalekin, zerbitzu eraginkor eta fidagarriak eskaintzen ditugu zure material konposatu behar guztietarako. TEAM Rapid Tooling-a aukeratzeak kalitate eta errendimendu bikainak jasoko dituzula bermatzen du proiektu guztietan CNC prototipo azkarra to injekziozko piezak. Jarri gurekin harremanetan gaur, eta utz iezaguzu zure hurrengo proiektu konposatua gauzatzen laguntzen!

Maiz egiten diren galderak

• Zein da garestiagoa, material konposatua edo tradizionala?

Material konposatuaren kostua egiteko erabilitako materialen araberakoa da. Ekoizpen-prozesuen eta materialen motak, batzuetan, material tradizionalak baino garestiagoak izan ditzake konpositeak. Hala ere, konpositeak errentagarritzat jotzen dira errendimendu hobea, pisu arinagoa eta iraunkortasun handiagoa eskaintzen dutelako.

• Zeintzuk dira material konposatuen desabantailak?

Material konposatuek abantaila ugari eskaintzen dituzten arren, eragozpen batzuk ere badituzte. Konpontzea eta mantentzea zaila izan daiteke, kalteak antzematea edo konpontzea zaila izaten baita. Delaminazioa, geruzak banatzen diren tokian, ohiko beste arazo bat da. Gainera, aplikazio zehatzetarako konpositeak ekoiztea konplexua eta garestia izan daiteke. Haien talkaren erresistentzia txikiagoa izan ohi da metala bezalako material tradizionalen aldean, eta ez dira egokiak tentsio handiko zenbait ingurunetarako.