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CIENCIA DE LOS MATERIALES II

1. Material a base de espuma Flex (poliestireno) y mallaelectro soldada.Es un sistema constructivo prefabricado y ligero, constituido porpaneles formados por una placa de poliestireno expandido (EPS)de densidad 25 kg/m3, entre una malla electrosoldada que a suvez esta compuesta por dos mallas de acero galvanizado dediámetro de 3,4 mm interconectada entre si por conectores deacero de diámetro de 30mm, (Figura 1) formando así la malla tipocelosía que conforma el panel.

Figura 1 Panel con núcleo de poliestireno y malla electrosoldada

El panel se termina con la aplicación de hormigón, micro hormigóno de mortero proyectado en ambas caras (Figura 2),convirtiéndose en un elemento constructivo que se puede trabajarde forma vertical como paredes y horizontal como techos.

Figura 2 Aplicación del Hormigón

Para su aplicación los panales se aploman y se colocan uno acontinuación del otro mediante el solape de sus mallas hastaalcanzar la longitud deseada, después se aplica el hormigón enambas caras, reduciendo los costos y otorgando un mejorrendimiento en los procesos constructivos, mejorando elaislamiento térmico como acústico.

Tipos de Paneles en diferentes países:

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Venezuela.- Paneles formados por dos caras de malla de aceroelectrosoldada, entre las cuales se coloca una placa de poliestirenoexpandido de alta densidad y ambas caras se conectan conalambres tensores galvanizados electrosoldados a las mallas que

traspasan la placa de poliestireno.

Figura 3 Panel Sidepanel Venezuela

México.- Estructura tridimensional conformada por dos mallas de

acero interconectada diagonalmente mediante alambres con unnúcleo de poliestireno, con la posterior aplicación del concreto.

Figura 4 Panel Triditec México

Austria.- Panel con núcleo de poliestireno, entre dos mallas deacero

electrosoldados y una armadura tridimensional que enlaza las dosmallas exteriores perforando el poliestireno.

Figura 5 Panel Tridipanel Austria

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Figura 6 Panel Monolito Chile

Figura 7 Panel Fridulsa Uruguay

Figura 8 Panel Vitrak Chile

Figura 9 Panel Simple Italia.

2. Propiedades del Hormigón.

La docilidad: Puede considerarse como la aptitud de un hormigón

para ser empleado en una obra determinada; para que unhormigón tenga docilidad, debe poseer una consistencia y unacohesión adecuada; así, cada obra tienen un concepto dedocilidad, según sus medidas y características.La densidad: Es un factor muy importante a tener en cuenta parala uniformidad del hormigón, pues el peso varia según lasgranulometrías, humedad de los áridos, agua de amasado ymodificaciones en el asentamiento. Impermeabilidad: El hormigón es un sistema poroso y nunca vaa ser totalmente impermeable. Para una mayor impermeabilidadse pueden utilizar GELES (aditivos).

Permeabilidad: Es la capacidad que tiene un material de dejarpasar a través de sus poros un fluido.

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Durabilidad: Depende de los agentes agresivos, que pueden sermecánicos, químicos o físicos.Resistencia térmica. o Bajas temperaturas - Hielo / deshielo(deterioro mecánico). o Altas temperaturas - >300º. 

3. Kevlar (fibra de aramida)

DuPont ™ Kevlar ® fibra de aramida se utiliza para hacer unavariedad de ropa, accesorios y equipo seguro y resistente alcorte. Es extraordinariamente ligero y fuerte, con cinco veces lafuerza del acero en igualdad de condiciones de peso. Mejorconocido por su uso en chalecos antibalas balísticos y resistentepuñalada, de la marca Kevlar ® fibra de aramida ha mostrado supropio heroísmo para ayudar a salvar las vidas de miles depersonas en todo el mundo.

USOS Y APLICACIONES:• Adhesivos, Selladores, Recubrimientos•  Aeroespacial, Marina, y carril .• Refuerzos Componentes automotrices.• Las mangueras de automoción y Refuerzos Cinturones•  Tren de potencia automotriz y

Cuerpo refuerzos Componentes• Fibra óptica.• Resistentes al fuego colchones• Bomberos y engranaje de desvíos• Compuestos de nido de abeja - Aeroespacial y marino• Seguridad Industrial • Body Armor Militar• Cascos Militares• Electrónica Personal • Cuerdas y Cables• Prendas de Vestir y Accesorios Deportivos• Miembros de la fuerza de Petróleo y Gas•

Chalecos tácticos - Encargados de Hacer Cumplir la Ley• Neumáticos y Productos de caucho.• B lindaje de vehículos

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Figura 10 Malla de Kevlar 1x14. Fibra de Carbono

Las fibras de carbono son los refuerzos más empleados enla fabricación de composites de altas característicasmecánicas. Se obtienen mediante un proceso de descomposicióntérmica de tres precursores principalmente (Rayon, PAN, Pitch). Deestos tres precursores el más utilizado para la obtención de lasfibras de carbono es el poliacrilonotrilo (PAN).

De forma muy resumida el proceso de obtención de fibra decarbono podría esquematizarse en tres etapasfundamentalmente: oxidación bajo tensión a 200-300ºC,carbonización en atmósfera inerte entre 1000-1700ºC ygrafitización en atmósfera inerte entre 1700 y 3000ºC.

Las altas características mecánicas de las fibras de carbonoson debidas al alto grado de orientación de los cristales alo largo de los ejes de las fibras. Dependiendo del proceso defabricación se obtienen fibras de alta resistencia y alargamiento ala rotura o fibras de alto módulo (llamadas fibras de grafito) de

gran aplicación en el campo aeroespacial.

Las mejores propiedades de la fibra de carbono son:

• Alta resistencia especifica• Alto módulo específico• Buena resistencia a disolventes orgánicos• Inerte frente a la humedad y los disolventes

VALORES TIPICOS DE ALGUNAS FIBRAS DE CARBONO:

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• Fibra de alta resistencia (T300): Densidad de 1.75g/cm3,resistencia a tracción de 3500MPa, módulo elástico de 230GPa, undiámetro de fibra de 7 micras y un alargamiento del 1.5%.• Fibra de módulo intermedio (T800 H): Densidad de 1.80g/cm3,resistencia a tracción de 5600MPa, módulo elástico de 294GPa, un

diámetro de fibra de 5.5 micras y un alargamiento del 1.8%.

Figura 11 Obtención de Fibra de Grafito

Resina epoxi (matriz)El segundo componente básico de la fibra de carbono es la resina,una clase de polímero termoestable, es decir, que se endurececuando se mezcla con un agente catalizador y no se puede volvera fundir al calentarla. La más utilizada es la resina epoxi, eldiglicidileter de bisfenol A (DGEBA), cuya dureza supera a la deotras como las de poliéster y viniléster, por ello puededesempeñarse a temperaturas muy altas, más de 180ºC, tiene

buena adherencia a muchos sustratos, baja concentración durantela polimerización y es especialmente resistente a los ataques de lacorrosión y agentes químicos.Los sistemas de resinas comerciales son a menudo una mezclacompleja de resinas, agentes de curado,catalizadores/aceleradores, modificadores termoplásticos y otrosaditivos, generalmente, en una proporción de aproximadamente80 por ciento resina y 20 por ciento de catalizadores oaceleradores. De este modo éstas pueden ser adaptadas parareunir los requerimientos necesarios de alto rendimiento en cadaaplicación.La función de la matriz en el material compuesto, en relación conlas fibras, además de protegerlas contra las condicionesambientales o agentes mecánicos que pudieran dañarlas odesgastarlas, es permitir la transferencia de tensiones entre ellas,en esfuerzos de tracción y soportarlas, para evitar su pandeo. Laresina epoxi es comercializada por kilogramos y su costoaproximado es de US$18 el kilo.

5. Fibra de Vidrio

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La fibra de vidrio es un material fibroso obtenido al hacerfluir vidrio fundido a través de una pieza de agujeros muy finos y alsolidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra.

Sus principales propiedades son: buen aislamiento térmico, inerteante ácidos, soporta altas temperaturas. Estas propiedades y elbajo precio de sus materias primas, le han dado popularidad enmuchas aplicaciones industriales. Las características del materialpermiten que la fibra de vidrio sea moldeable con mínimosrecursos, la habilidad artesana suele ser suficiente para laautoconstrucción de piezas de bricolaje tales como kayak, cascosde veleros, terminaciones de tablas de surf o esculturas, etc. Debetenerse en cuenta que los compuestos químicos con los que setrabaja en su moldeo dañan la salud, pudiendo producir cáncer.

6. Grafeno

Es transparente, flexible, extraordinariamente resistente,impermeable, abundante, económico y conduce la electricidadmejor que ningún otro metal conocido. Hablamos del grafeno, elmaterial que tiene fascinados a científicos y a la industria debido asus fantásticas propiedades.

Aunque fue sintetizado por primera vez en 2004, saltó a la fama en2010 cuando sus descubridores, los investigadores de origenruso Andre Geim (Sochi, 1958) y Konstantin Novoselov (Nizhny Tagil, 1974) recibieron el Premio Nobel de Física. Como ya apuntó entonces Andre Geim, las aplicacionespotenciales del grafeno son tantas que ni siquiera eran capaces deenumerarlas.

Grafeno en lámina

Graphenea, con base en San Sebastián, es una de las tresprincipales productoras de grafeno en lámina a nivel mundial (susdos principales competidores son estadounidenses): "Es el grafeno

de alta pureza y el que reúne las mejores propiedades. Se empleapara fabricar electrodos de baterías, pantallas táctiles, célulassolares, electrónica digital y analógica de alta frecuencia ocomposites avanzados para aeronáutica", explica De la Fuente enconversación telefónica.

Para producirlo no se utiliza grafito, sino gas metano, que setransforma mediante una tecnología denominada deposiciónquímica en fase vapor (Chemical Vapor Deposition, CVD): "Es unade las grandes ventajas, pues no dependemos de ningún productomineral", señala.

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Figura 12 Muestra de grafeno sobre lámina de silicio

Baterías mucho más duraderas

De hecho, este material podría solucionar uno de las grandesdesventajas de los teléfonos inteligentes, cuyas baterías apenasduran un día. Los prototipos de baterías fabricadas con electrodosde grafeno son diez veces más duraderas que las que llevan losteléfonos que se venden en el mercado y se cargan en muchomenos tiempo (aproximadamente media hora).

Sin embargo, habrá que esperar algunos años para disfrutar deestas baterías. Según De la Fuente, Nokia (su principal cliente) noprevé comercializar dispositivos fabricados con grafeno hastadentro de cinco años.

El grafeno también podrá usarse en televisores OLED (OrganicLED), que estarán fabricados con materiales orgánicos ymás sostenibles con el medio ambiente: "Ahora se utiliza comomaterial tierras raras, como el indio, que tienen un impactoambiental muy grande. Además su precio se ha multiplicado pordiez". La industria busca un sustituto más económico y

sostenible, por lo que el grafeno se perfila como una de lasalternativas.

Por lo que respecta a los paneles solares, De la Fuente explica queel objetivo es conseguir células de un 42% de eficacia (esdecir, que conviertan en electricidad el 42% de la energía solarque reciben). Las que hay ahora en el mercado tienen unaeficiencia de aproximadamente el 16%.

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Grafeno en polvo

El grafeno en polvo se utiliza en aplicaciones que requierenun material más barato, como composite paraconstrucción. Lo más frecuente es mezclarlo scon otrosmateriales. "El proceso de producción de grafeno enformato polvo básicamente parte del grafito como materiaprima y consiste en realizar una oxidación violenta y unproceso de ultrasonificación para separar las pequeñasláminas de grafeno que componen el grafito", explica Jesúsde la Fuente.

Sus propiedades no son tan buenas como el grafeno en lámina yconduce peor la electricidad. La demanda de este producto, cuyoprecio depende de su pureza, sigue siendo pequeña. El de bajacalidad cuesta menos de 10 euros el gramo mientras que el dealta calidad ronda los 100 euros.

Figura 13 Óxido de grafeno y grafeno en polvo

Por su parte, Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC, señala que el grafeno podríausarse también en biodispositivos, en envoltoriosbactericidas de medicinas y alimentos y como parte demateriales compuestos más ligeros y resistentes (para aviones,coches, etc.).

NO ES UN MATERIAL COMPUESTO

7. Materiales Compuestos a lo largo de la Historia(1500-1212 a.C.)Ladrillo hecho de arcilla, barro y paja.

Figura 14 Ladrillo hecho arcilla, barro

(300 y 400 d.C.)

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Los mongoles fabricaron arcos en combinación de madera, hueso,tendones y pegamento animal.

(1854)

Hormigón armado.- consiste en una rejilla de acero en una matrizde concreto.(1930-1950)Fibra de vidrio(1960)Fibra de carbono(1970)La compañía DuPont registra la marca Kevlar® que consistía enuna fibra de aramida.

Figura 15 Materiales Compuestos usados en la aviaciónResinas:

Figura 16 Evolución de las resinas.8. Últimos avances de los materiales compuestos

Nuevos Materiales Compuestos Estructurales de VidrioMetálico Basados en el TitanioUn equipo de científicos del Instituto Tecnológico de California(Caltech) ha creado una gama de materiales compuestos

estructurales de vidrio metálico, basados en el titanio, que sonmás ligeros y baratos que los que el grupo había creado

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previamente, y que todavía poseen su dureza y ductilidad, lo queles dota de la capacidad de deformarse sin quebrarse.

Figura 17 Vidrio Liquido

Nuevos materiales compuestos de PVC basados ennanorellenosInvestigadores de la UPNA trabajan en un proyecto de diseño yfabricación de materiales compuestos de PVC basados ennanorellenos para aplicaciones multisectoriales. Tambiénparticipan la empresa Compuestos y Granzas, S.A. (CYGSA), queactúa como coordinadora, y el Centro Tecnológico L’Urederra. Elobjetivo final del proyecto, denominado Vinilclay, es el control y la

optimización de las propiedades del material plástico; en concreto,la fotoestabilidad, la resistencia térmica y la permeación de gases.

9. Densidades

Titanato de bario: 6.02 g/cm3Carburo de Silicio: 3.22 g/cm3Tugsteno: 1900kg/m3

10. Whiskers:Son cristales filamentosos orientados según un solo eje, demetales (hierro, cobalto, aluminio, tugsteno, renio, niquel, etc) demateriales refractarios (zafiro, óxido de aluminio, carburo desilicio), carbono, boro, etc. Se utilizan en la elaboración deestructuras compuestas con plásticos, vidrio o grafito de múltiplesaplicaciones en la industria aéreo espacial, en el que su elevadacapacidad térmica y enorme resistencia son inapreciables,especialmente como agentes ablativos.

Bibliografía:

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  www.metalactual.com/revista/11/materialescarbono.pdf  http://www.elmundo.es/elmundo/2012/04/13/nanotecnologia/1334331314.html

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http://www.tendencias21.net/Nuevos-materiales-compuestos-de-PVC-basados-en-

nanorellenos_a10766.html

http://www.amazings.com/ciencia/noticias/040209c.html