TAKEAWAYS, CHALLENGES, AND RECOMMENDATIONS

El interés es calcular esto spondientes coeficientes materiales componentes. Aunque no son exactamente propiedades mecánicas, constituyen

urante la fabricación de los composites, los mismos se ven sometidos a altas temperaturas y luego ejados enfriar hasta la temperatura ambiente. En los composites de matriz polimérica esta

200 – 300 0C, mientras que en los de matriz cerámica, n los 1000 C. Durante este proceso, en los polímeros termoresistentes ocurre una reacción

f. de expansión térmica de la matriz. de la lámina.

- Coeficiente de expansión térmica en dir. 2, α f 1 – Coef. de expansión térmica de la fibra.

ntonces se demuestra que los coeficientes de expansión térmica de la lámina de composite son:

α = (α E V + α E V ) / E

α2 = (1 + ν f 12) α f 1 Vf + (1 + νm 12) α m Vm + α1 ν12

En el gráfico de la Fig. 27 se muestra la variación de estos 2 coeficientes de expansión térmica de

una s de tipo

olimérica. En este gráfico pueden observarse algunas consideraciones de interés.

es lo • Puede lograrse, incluso que: α1 = 0 , si se escoge un material de fibra tal que α f1< 0.

s coeficientes de las láminas, a partir de los corre de l s

importantes propiedades físicas de las láminas de composites.

6) Coeficiente de expansión térmica.- o

D d

diferencia de temperaturas está en el rango de

0

e

química en la matriz, mediante la cual se reticulan sus radicales libres, dando lugar a una macromolécula. Este proceso, que no ocurre en los materiales termoplásticos, brinda las mejores características de fluencia de los termoresistentes. La cinética de esta reacción es tal que produce una generación de calor, es decir es un proceso exotérmico. Durante la fabricación de las piezas, por tanto debe prestarse atención a que no ocurra una excesiva acumulación de este calor, que no pueda ser evacuado adecuadamente. El calentamiento resultante produce cambios en las dimensiones de la pieza, por dilatación térmica, los que pueden ser calculados convenientemente. Otra fuente de cambios en las dimensiones de la lámina, ocurre cuando se ven sometidas a condiciones de trabajo en las cuales existen cambios de temperatura. Todo lo señalado apunta a la necesidad de calcular la incidencia que estos cambios térmicos tienen en las dimensiones de las piezas de composite. Los mismos son una posible fuente de esfuerzos térmicos, que se adicionarán a los de las cargas mecánicas y que pueden llegar a alcanzar valores apreciables.

Sea una lámina unidireccional con:

α1 − Coeficiente de expansión térmica, en dir. 1, α m – Coe

α2

de la lámina. en dir 1. E

1 f 1 f1 f m m1 m 1

lámina unidireccional, en función del contenido de fibra, Vf , cuando la matriz e

p

• En láminas con matrices poliméricas, donde α m > α f 1, ocurre que α1 < α2, que

α [m/m/ _C]o α α 2 1 30 20 10 0 _{1 V} f α _m α _f

Fig. 27. - Variaciones de los Coeficientes de expansión térmica de una lámina unidireccional. Matriz polimérica.

sto último significa que la lámina no tendrá expansión térmica alguna, en la dirección 1, lo cual uede ser importante en algunas aplicaciones. Véase el ANEXO 4.

n ientes xpresiones. O ta αx -1 α1 αy = T α2 xy /2 0

unidireccional, se calculan por,

ε 2 = Δ α2

0 0

o, respecto a los ejes x,y de la lámina, ε x αx

γ xy αxy

E p

Cuando la dirección de las fibras no coincide con los lados de la lámina, sino que hay entre ellos u ángulo θ, los coeficientes de la lámina en sus direcciones x, y, pueden calcularse por las sigu e α x = α1 c 2 + α2 s 2 , α y = α1 s 2 + α2 c 2 , α xy = 2 (α1 − α2) c s mbién, γ

Las deformaciones debidas a la dilatación térmica de la lámina

εΤ

1 α1 T

T

Y las surgidas en una lámina con refuerzos en ángul

Τ εT y = Δ T αy Τ

7) Coeficiente de expansión por humedad (Coeficiente de higroscopicidad). -

nte, que mide la capacidad (más bien el opensas a bsorb r agua al estar sometidas a ellas por largos periodos, lo que produce su expansión y a la

].

sumiendo que sólo la matriz absorbe el agua, se puede demostrar que los coeficientes de nen dados por,

) βm - β1 ν12

Las deform

l peso de humedad ε 2 = Δ C β2 absorbido por unidad de peso de la

0 0 la lámina.

s y más), va penetrando a avés de ellas, por medio de un proceso conocido por ósmosis. Al llegar a las fibras de vidrio, la an descomponiendo y cambiando sus propiedades, todo lo cual se refleja en un “abombamiento” y

n productos cubridores que se aplican como capa destinada a ser la que estará en contacto con el agua, que

acción

nales en la lámina, de modo que las aciones totales pueden considerarse como,

es mecánicas, debidas a las cargas mecánicas.

2 = εM2 + εT2 + εC2 εT - deformación por cambio de temperatura (térmica). 12 = γ 12 + 0 + 0 εC - deformación por absorción de humedad (higroscópicas). 1 , ε2 , γ12 − deformaciones totales.

Otra característica física de las láminas es este coeficie

defecto) de las láminas de absorber agua. En efecto, las resinas poliméricas son muy pr e

a

larga, el traspaso del agua de un lado al otro de la lámina. Las fibras presentes en ella son las encargadas de disminuir este proceso. El coeficiente de expansión por humedad o de higroscopi -

cidad se define como el cambio de longitud de un cuerpo, respecto a su longitud inicial, por unidad

de cambio de peso por el de agua absorbida, y por unidad del peso del cuerpo. [m / m / kg / kg Sea: βm – el coeficiente de higroscopicidad de la matriz.

A

higroscopicidad de la lámina, en sus direcciones 1 y 2, vie

β1 = (ρ m1 / E1) (ρ c / ρ m) βm, β2 = (1 + ν m12 ) (ρ c / ρ m

iones resultantes por la absorción de humedad, se calculan por, ac εC 1 β1 Donde Δ C - es e C

El agua al actuar por periodos prolongados sobre las resinas (20, 30 año tr

v

fragilización de la zona afectada, que va debilitando progresivamente a la estructura.

Las resinas poliésteres del tipo isoftálicas son más resistentes al paso del agua y han dado buenos resultados en el País, en la evitación de este fenómeno indeseable. Actualmente existe

re

impermeabilizan muy eficazmente a la lámina, evitando así este fenómeno también.

Esfuerzos y deformaciones higrotérmicos en una lámina.-

a acción térmica y de la humedad actuando de forma conjunta, se conocen como

L

higrotérmica, la que produce siempre deformaciones adicio

deform ε1 = εM1 + εT1 + εC1 donde: εM - deformacion ε Μ γ ε

Las deformaciones mecánicas εM _{, son las producidas por las cargas mecánicas externas y}

calculadas por las expresiones dadas en este propio texto. Las deformaciones totales son debidas a o, debe observarse que si la lámina no está restringida en sus

la

tad

0 ε1 - ε 1 - ε 1

σ2 = Q21 Q22 0 ε2 − εT2 - εC2 τ12 0 0 Q33 γ12

ntes de las láminas, dependientes e los diferentes métodos de fabricación existentes.