Moitas industrias afrontan actualmente un problema común, que é que necesitan materiais resistentes e flexibles, pero lixeiros. Os materiais compostos poden resolver este problema. Poden combinar os puntos fortes de diferentes materiais para conseguir resultados mellores e máis eficaces. Os materiais compostos son amplamente utilizados en industrias como a aeroespacial, a fabricación de automóbiles e a construción. Que é o material composto?

Estes materiais fórmanse mesturando dúas ou máis substancias distintas, cada unha posuíndo as súas propias características físicas ou químicas únicas. En consecuencia, cando se unen, crean un novo material con características melloradas. Como resultado, este novo material pode ser máis forte, máis lixeiro ou máis resistente ás forzas en comparación coas substancias orixinais.

Tes curiosidade polos materiais compostos e os seus tipos? Exploremos o que fai que estes materiais sexan únicos e como se aplican en varias industrias.

Que é o material composto?

Para crear un material composto, os enxeñeiros combinan dous materiais diferentes, cada un coas súas propias propiedades únicas. Esta combinación dá como resultado un novo material cunhas características que non se atopan nos orixinais. Deseñan este novo material para realizar funcións específicas, como ser máis forte, máis lixeiro ou resistente á electricidade. Ademais, os materiais compostos poden mellorar tanto a resistencia como a rixidez.

Breve historia do material composto

A xente comezou a usar materiais compostos hai moitos anos no pasado. Xa no 3400 a.C., os mesopotámicos fabricaron os primeiros materiais compostos feitos polo home. Pegan pezas finas de madeira en diferentes ángulos para facer unha madeira contrachapada máis forte. Máis tarde, ao redor do 2181 a. C., os antigos exipcios fabricaron máscaras mortuorias. Empregaban liño ou papiro e cubríano de xeso. Ambas sociedades tamén engadiron palla para reforzar outros materiais, como ladrillos de barro, cerámica e barcos.

Ao redor do 1200 d. C., os mongois crearon un poderoso arco composto. Para elaboralo, combinaron varios materiais, entre eles madeira, tendón, corno, bambú, óso e seda. Usaron trementina como cola para manter todas as pezas xuntas, o que resultou nunha arma moi eficaz.

Avances modernos en composites

Despois da Revolución Industrial, as resinas sintéticas fixéronse sólidas mediante o proceso de polimerización, que levou á produción de varios plásticos no século XX. Leo Baekeland inventou a resina fenólica, que era moi popular polas súas propiedades non condutoras e resistentes á calor. Na década de 20, Owens Corning introduciu as fibras de vidro e foi pioneiro na industria do FRP (polímero reforzado con fibra). As resinas feitas durante ese tempo desenvolvéronse con forza e seguen en uso hoxe en día. Dous anos despois, xurdiu un sistema de resina máis forte.

O impacto duradeiro dos compostos

A fibra de carbono inicial foi patentada en 1961 e gradualmente foi gañando popularidade en aplicacións comerciais. A mediados da década de 1990, os materiais compostos gañaron maior popularidade en industrias como a fabricación e a construción. Son máis baratos e resistentes que os materiais antigos. O uso de compostos no Boeing 787 Dreamliner a mediados da década de 2000 demostrou aínda máis o seu valor. Mostra a súa importancia para aplicacións que requiren alta resistencia, polo que son unha necesidade para aplicacións modernas.

De que están feitos os compostos?

A xente tamén se refire aos compostos como compostos de polímero reforzado con fibra (FRP). Os fabricantes créanos utilizando unha matriz polimérica. Fortalecen esta matriz con fibras de enxeñería, sintéticas ou naturais, que poden incluír materiais como vidro, carbono ou aramida. Ademais, poden usar outros materiais para mellorar a resistencia do composto.

A matriz ten un papel importante. Protexe as fibras de danos ambientais e outras influencias externas, ao tempo que facilita a transferencia de carga entre elas. Por outra banda, as fibras dan forza e rixidez. Axudan a apoiar a matriz e permítenlle resistir gretas e roturas.

En numerosos produtos da nosa industria, os fabricantes adoitan compoñer a matriz de resina de poliéster e normalmente empregan fibra de vidro como material de reforzo. Non obstante, poden crear compostos utilizando varias combinacións de resina e reforzo, e cada parella inflúe de forma única nas distintas características e propiedades do produto final. Aínda que a fibra é forte, tende a romperse facilmente, polo que proporciona forza e rixidez. Mentres tanto, a resina flexible moldea e protexe a fibra.

Os compostos FRP tamén poden incluír recheos, aditivos e materiais básicos. Incluso poden ter acabados de superficie. Estes complementos utilízanse para mellorar o proceso de produción. Tamén melloran o aspecto do produto e aumentan o seu rendemento.

Principais propiedades dos materiais compostos

Os materiais compostos teñen moitas propiedades especiais. Debido a estas características, son moi versátiles e funcionan ben mesmo en usos difíciles e esixentes. Estas características importantes teñen un gran impacto na súa eficacia. Agora vexamos as diferentes propiedades que son moi útiles á hora de facer produtos.

forza

A xente recoñece que os compostos son máis resistentes que os materiais individuais que os forman. En consecuencia, aumentan a resistencia e fan que as estruturas sexan máis resistentes. Polo tanto, os materiais compostos serven como unha excelente opción para aplicacións que requiren a capacidade de soportar cargas pesadas.

Durabilidade

Os materiais compostos poden usarse en condicións meteorolóxicas difíciles ou ambientes que causen corrosión. Tamén funcionan ben baixo estrés repetido como golpes e vibracións. Isto fai que sexan ideais para o seu uso en naves espaciais, coches e avións.

Resistencia ó impacto

Os fabricantes deseñan estes materiais para manexar os impactos e espallar a forza, sen sufrir danos. Esta capacidade é crucial, especialmente nas aplicacións onde o impacto é probable. En consecuencia, a súa capacidade para resistir os danos de choques ou golpes fai que sexan esenciais para as estruturas de protección contra choques.

Resistencia química

Os compostos son capaces de resistir o dano de produtos químicos fortes ou ambientes difíciles. Isto fai que sexan ideais para crear revestimentos resistentes aos produtos químicos. Tamén se utilizan en equipos que manipulan produtos químicos.

Flexibilidade

Os compostos son moi flexibles e poden dobrarse ou cambiar de forma sen romperse. Tamén se poden deseñar para dobrarse de xeitos específicos, dependendo do uso ao que se pretenda. Isto fai que sexan bos para facer membros protésicos. Ademais, a súa natureza flexible ofrece aos enxeñeiros mellores opcións para as cousas que se enfrontan a cargas ou vibracións en movemento.

Leve

Estes materiais teñen propiedades fortes pero non son pesados. Permiten a produción de pezas e estruturas lixeiras. A súa forza en comparación co seu peso é unha calidade importante en industrias onde a redución de peso é moi importante.

Estabilidade térmica

Os materiais compostos poden manter a súa forma cando se exponen a altas temperaturas. A capacidade de manterse forte a altas temperaturas é moi importante. Isto é necesario para usos que se enfrontan a condicións moi quentes.

Condutividade eléctrica

Os compostos poden ter moi boas propiedades eléctricas. Pódense facer que actúen como bos illantes ou conduzan ben a electricidade.

Illamento acústico

Os compostos son especiais porque poden reducir ou impedir o paso do ruído. Esta propiedade de bloqueo de sons fainos perfectos para fins de insonorización.

Os 3 principais beneficios de Composite Obras

A xente adoita usar compostos en artigos cotiáns. Podemos atopalos en coches, equipos de golf e mesmo en tuberías. Tamén son moi importantes para máquinas avanzadas como foguetes. Debido ás súas propiedades especiais, proporcionan máis vantaxes en comparación cos materiais tradicionais. Os enxeñeiros, deseñadores e arquitectos prefiren usar compostos, especialmente en situacións difíciles nas que é importante a alta resistencia ou a resistencia á calor.

Rendibilidade

Os compostos son máis rendibles que os materiais habituais como a madeira e o metal. Ademais de ser máis baratos, tamén ofrecen unha mellor funcionalidade. Ademais, os compostos son máis respectuosos co medio ambiente. Isto débese a que crean menos residuos durante a súa produción e uso.

Redución do tempo e do esforzo de produción

O uso de compostos no proceso de produción axuda a reducir o tempo necesario para a elaboración dos produtos. Tamén reduce a cantidade de traballo necesario para unir diferentes materiais tradicionais.

Versatilidade de deseño

Unha das principais vantaxes dos materiais compostos é a súa flexibilidade no deseño. Os enxeñeiros poden facelos en calquera forma ou forma que precisen. Isto permítelles crear pezas e compoñentes complexos con estes materiais.

Tipos de Composites

Despois de coñecer os beneficios xerais dos compostos, imos explorar agora os diferentes tipos de compostos.

Materiais naturais compostos

Tipo composto	Reforzo	matriz	Exemplo de uso
madeira	Fibras de celulosa	Lignina (polímeros orgánicos a base de carbono)	Materiais de construción, fabricación de mobles, etc.
óso	Fibras de coláxeno	Hidroxiapatita (mineral cristalino a base de calcio)	Soporte estrutural dentro dos organismos vivos
Formigón/ladrillo	Palla	Barro ou arxila	Construción de edificios, infraestruturas como muros, etc.

Materiais compostos clásicos

Na década de 1930 apareceu o primeiro material composto moderno, a fibra de vidro. Tamén se coñece como plástico reforzado con fibra de vidro (GRFP ou GRP). Co desenvolvemento, o GRP adoita presentarse en forma de cinta adhesiva, pegada ao molde para o seu uso, cintas de plástico como substrato para soportar a fibra de vidro. A fibra de vidro axuda a fortalecer o material. Os plásticos reforzados con fibra de carbono (CRFP ou CRP) son similares ao GRP, pero usan fibra de carbono.

• Plástico reforzado con fibra de vidro (GRP)

Introdución básica

A fibra de vidro foi o primeiro material composto moderno. Inicialmente escrito como "fibra de vidro", agora chámase comúnmente plástico reforzado con fibra de vidro (GRFP ou GRP). Este material orixinouse na década de 1930.

Forma e Composición

Hoxe, os fabricantes adoitan ofrecer fibra de vidro en forma de cintas que os usuarios poden aplicar á superficie dun molde. A cinta de soporte de plástico actúa como matriz, mantendo as fibras de vidro no seu lugar. Non obstante, as fibras de vidro proporcionan a maior parte da resistencia do material.

Propiedades do material

O plástico é naturalmente suave e flexible, mentres que o vidro é forte pero fráxil. Cando se combinan, forman un material forte e duradeiro. Este material é ideal para aplicacións como carrocerías de coches ou barcos. A diferenza dos metais ou aliaxes, é máis lixeiro e resistente á ferruxe.

• Plástico reforzado con fibra de carbono (CRFP ou CRP)

Conéctese ao GRP

É semellante ao GRP.

Diferenza

Utiliza fibras de carbono en lugar de fibras de vidro.

Compostos modernos

Os compostos modernos e avanzados son xeralmente construídos usando materiais como metal, plástico (polímero) ou cerámica. Como resultado, isto dá lugar a tres tipos principais de compostos: compostos de matriz metálica (MMC), compostos de matriz polimérica (PMC) e compostos de matriz cerámica (CMC).

Compostos de matriz metálica (MMC)

Os fabricantes compoñen a matriz de MMC utilizando metais lixeiros como aliaxes de aluminio ou magnesio. Na produción, empregan cerámicas ou fibras de carbono para reforzalo, como o aluminio reforzado con carburo de silicio e as aliaxes de cobre-níquel reforzadas con grafeno. Estes materiais son fortes, duros, duradeiros, resistentes á ferruxe e relativamente lixeiros. Non obstante, o seu alto custo tende a limitar o seu uso. Son populares en aplicacións aeroespaciais, militares, automotivas e de ferramentas de corte.

Composites de matriz cerámica (CMC)

Os compostos de matriz cerámica (CMC) usan un material cerámico, como o vidro de borosilicato, como matriz. Engádense fibras de carbono ou cerámica para o reforzo para reducir a fraxilidade da cerámica tradicional. Exemplos de CMC inclúen o carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC) e o carburo de silicio reforzado con carburo de silicio (SiC/SiC).

Inicialmente, os CMC foron desenvolvidos para aplicacións aeroespaciais e militares onde os materiais lixeiros e a resistencia ás altas temperaturas eran cruciais. Hoxe, tamén se usan en freos de automóbiles, embragues, rodamentos, intercambiadores de calor e mesmo reactores nucleares.

Composites de matriz polimérica (PMC)

Os PMC como GRP son distintos. Nos PMC, as fibras cerámicas ou de carbono melloran a resistencia e a rixidez da matriz plástica que pode ser termoplástica ou termoendurecible. Xeralmente, os PMC baseados en termoestables son mellores para soportar altas temperaturas e disolventes, pero son menos resistentes e tardan máis en fabricarse. Son excelentes para fabricar pezas para coches, barcos e avións. Os fabricantes utilízanos amplamente na produción de equipamentos deportivos. A industria aeroespacial usa habitualmente PMC baseados en epoxi (termoestables), e alí tamén está crecendo a importancia dos PMC baseados en termoplásticos resistentes a altas temperaturas.

Aplicacións dos materiais compostos

Os materiais compostos utilízanse en moitas industrias e teñen moitas aplicacións. Aquí tes algúns exemplos:

• Aeroespaço

O uso de compostos nos avións creceu. Por exemplo, o B787 ten un 50% de compostos en peso, utilizando estruturas de sándwich de carbono, laminados CFRP e fibra de vidro. Os compostos son preferidos ao aluminio pola súa mellor resistencia e propiedades de tracción.

• Automoción

Os fabricantes usan compostos en vehículos deportivos e eléctricos polas súas propiedades lixeiras, que melloran o rendemento e amplían o alcance da batería. As pezas CFRC poden reducir o peso do vehículo nun 30%. A reciclaxe da fibra de carbono axuda a aforrar enerxía e reducir as emisións.

• Mariña

Os compostos GF e CF úsanse amplamente na construción naval e na reparación mariña. Sustituíron os metais tradicionais debido á súa natureza lixeira, resistencia excepcional e durabilidade. Os fabricantes prefiren o GRP pola súa resistencia a ambientes duros e baixos requisitos de mantemento.

• Enerxía Eólica

Os compostos son esenciais nas palas dos aeroxeradores pola súa alta relación resistencia-peso. A medida que as turbinas antigas chegan ao fin de vida, a reciclaxe é fundamental. Algúns países da UE prohiben o vertedoiro de láminas compostas, presionando por mellores solucións de reciclaxe.

• Construción e Infraestruturas

Os compostos avanzados utilízanse na construción de pontes e na adaptación de estruturas para a resistencia aos terremotos. As fibras de vidro e carbono nas resinas son comúns. A industria busca a reciclaxe sostible para xestionar grandes residuos de materiais EoL.

TEAM Rapid: a súa opción principal para solucións de materiais compostos

TEAM Rapid é unha empresa líder especializada en materiais compostos. Ofrecemos unha ampla gama de servizos, aproveitando a nosa tecnoloxía de punta e coñecementos do sector. O noso equipo cualificado ten unha ampla experiencia con diversos materiais compostos e técnicas de fabricación. Tanto se as súas necesidades son no sector aeroespacial, automotivo, marítimo ou doutro tipo, ofrecemos solucións a medida deseñadas para satisfacer os seus requisitos específicos.

Co noso compromiso coa calidade e a innovación, garantimos que as pezas e produtos compostos que entregamos sexan do máis alto nivel. Coas nosas instalacións de última xeración e profesionais altamente experimentados, ofrecemos servizos eficientes e fiables para todas as súas necesidades de materiais compostos. Optar por TEAM Rapid Tooling garante que reciba unha calidade e un rendemento excelentes en todos os proxectos Prototipado rápido CNC a pezas de moldaxe por inxección. Póñase en contacto connosco hoxe e permítenos axudarche a levar a cabo o teu próximo proxecto composto.

FAQs

• Que é máis caro, os materiais compostos ou os tradicionais?

O custo dun material composto depende dos materiais utilizados para fabricalo. O tipo de procesos de produción e materiais ás veces poden facer que os compostos sexan máis custosos que os materiais tradicionais. Non obstante, os compostos son vistos como rendibles porque ofrecen un mellor rendemento, un peso máis lixeiro e unha maior durabilidade.

• Cales son as desvantaxes dos materiais compostos?

Aínda que os materiais compostos ofrecen moitas vantaxes, tamén teñen algúns inconvenientes. Poden ser difíciles de reparar e manter, xa que os danos adoitan ser difíciles de detectar ou arranxar. A delaminación, onde se separan as capas, é outro problema común. Ademais, a produción de compostos para aplicacións específicas pode ser complexa e custosa. A súa resistencia ao impacto adoita ser menor en comparación cos materiais tradicionais como o metal, polo que son menos axeitados para certos ambientes de alto estrés.