TALLER MATERIALES COMPUESTOS

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Resumen - El taller sobre materiales compuestos, matrices y 
otros componentes es una actividad educativa que abordará 
conceptos clave en la fabricación de materiales compuestos. Se 
explorarán temas como la selección de matrices, la integración de 
refuerzos y la aplicación en diversas industrias. El taller 
fomentará el aprendizaje a través de preguntas interactivas, 
promoviendo la comprensión profunda de estos materiales 
innovadores. 
 
Índice de Términos – Matriz, Materiales compuestos, Fibras 
 
I. INTRODUCCION 
 Un material compuesto es una combinación de dos materiales 
que poseen diferentes propiedades físicas y químicas. Los 
materiales compuestos que se generan presentan mejores 
características, por ejemplo, pueden ser más fuertes, más 
ligeros o resistentes a la electricidad, ya que suelen diseñarse 
para ejercer un determinado uso que requiera mayor 
resistencia, eficiencia o durabilidad, entre otras características. 
El término compuesto se refiere más específicamente a un 
material estructural (como el plástico) dentro del cual se 
incrusta un material fibroso (como el carburo de silicio). [1] 
 
Gracias a la ingeniería inversa podemos saber que las notables 
propiedades de los materiales compuestos se consiguen 
insertando fibras de una sustancia en una matriz de otra. 
Mientras que el valor estructural de un haz de fibras es bajo, la 
fuerza de las fibras individuales puede aprovecharse si están 
incrustadas en una matriz que actúa como adhesivo, uniendo 
las fibras y dando solidez al material. [1] 
 
Materiales compuestos según el tipo de matriz: 
• Materiales compuestos de matriz metálica 
• Materiales compuestos de matriz cerámica 
• Materiales compuestos de matriz orgánica, polimérica 
o plástica reforzada. En este grupo se incluyen los 
materiales compuestos de refuerzo de fibra larga con 
matriz plástica. [1] 
 
 
 
 
 
II. PUNTOS DE PROBLEMAS DE TAREA DEL TEXTO NEWELL. J. 
CIENCIA DE MATERIALES. 2011. CAPÍTULO 7: 11, Y 17 
A. 11) Explique por qué los compuestos sándwich con 
hojas de cara de aluminio y panales poliméricos de alto 
desempeño se utilizan en las alas de las aeronaves. 
R//: Los compuestos sándwich con hojas de aluminio y 
paneles poliméricos se usan en alas de aeronaves por ser 
ligeros, resistentes, duraderos y aerodinámicos. Esto reduce el 
peso, mejora la eficiencia, y garantiza la seguridad estructural. 
Además, aíslan térmica y acústicamente y simplifican el 
diseño y fabricación. 
 
B. 17) Explique la función de los cinturones de acero, 
carbono negro y polímero de poliisobutileno en una llanta 
comercial de automóvil? 
R//: Los cinturones de acero brindan resistencia y evitan 
deformaciones. El carbono negro mejora el agarre en 
superficies resbaladizas. El polímero de poliisobutileno 
mantiene la presión de aire constante para una conducción 
segura y eficiente. Estos elementos combinados aseguran la 
durabilidad y el rendimiento de las llantas de automóvil 
comercial. 
 
III. MENCIONE AL MENOS DOS EJEMPLOS DE MATERIALES 
COMPUESTOS DE MATRIZ CERÁMICA Y MATRIZ METÁLICA E 
INDIQUE SUS COMPONENTES, USOS Y PROPIEDADES. 
 
A. Ejemplo de matriz cerámica: Fibra de carbono 
reforzada con matriz cerámica 
 
1) Componentes: 
a) Matriz cerámica: La matriz cerámica puede 
estar compuesta de óxidos cerámicos como 
óxido de aluminio (Al2O3) o carburo de silicio 
(SiC). La matriz cerámica proporciona 
resistencia térmica y estabilidad química. 
b) Refuerzo de fibra de carbono: La fibra de 
carbono proporciona una alta resistencia 
mecánica y rigidez al material compuesto. [2] 
 
TALLER MATRICES Y OTROS 
COMPONENTES MC 
 
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2) Usos: 
a) Componentes de turbinas de aviones: Los 
CMC se utilizan en componentes de turbinas de 
aviones debido a su alta resistencia a altas 
temperaturas y su baja densidad. 
b) Frenos de alto rendimiento: Los CMC se 
utilizan en aplicaciones de frenos de alto 
rendimiento debido a su alta resistencia 
mecánica y resistencia al calor. 
c) Componentes estructurales en la industria 
aeroespacial: Los CMC se utilizan en la 
fabricación de componentes estructurales en la 
industria aeroespacial debido a su alta 
resistencia y rigidez. [2] 
 
3) Propiedades: 
a) Alta resistencia a altas temperaturas: Los 
CMC tienen una alta resistencia a altas 
temperaturas, lo que los hace ideales para 
aplicaciones en entornos de alta temperatura. 
b) Baja densidad: Los CMC tienen una baja 
densidad en comparación con otros materiales, 
lo que los hace ideales para aplicaciones donde 
se requiere una alta relación resistencia-peso. 
c) Alta resistencia mecánica y rigidez: Debido a 
la fibra de carbono como refuerzo, los CMC 
tienen una alta resistencia mecánica y rigidez. 
[2] 
 
 
 
B. Ejemplo de materiales compuestos de matriz metálica: 
Aluminio reforzado con partículas cerámicas 
 
1) Componentes: 
a) Matriz metálica: La matriz metálica está 
compuesta de aluminio o una aleación de 
aluminio. La matriz metálica proporciona 
ductilidad y resistencia a la corrosión. 
b) Refuerzo de partículas cerámicas: Las 
partículas cerámicas, como óxido de aluminio 
(Al2O3) o carburo de silicio (SiC), se agregan a 
la matriz metálica para mejorar la resistencia y 
rigidez del material compuesto. [2] 
 
2) Usos: 
a) Componentes de la industria automotriz: El 
aluminio reforzado con partículas cerámicas se 
utiliza en la fabricación de componentes 
automotrices, como pistones y cilindros, debido 
a su alta resistencia y rigidez. 
b) Estructuras aeroespaciales: El aluminio 
reforzado con partículas cerámicas se utiliza en 
la fabricación de estructuras aeroespaciales, 
como alas y fuselajes, debido a su alta 
resistencia y peso ligero. 
c) Herramientas y equipos deportivos: El 
aluminio reforzado con partículas cerámicas se 
utiliza en la fabricación de herramientas y 
equipos deportivos, como raquetas de tenis y 
bicicletas, debido a su alta resistencia y rigidez. 
[2] 
 
3) Propiedades: 
a) Alta resistencia: El aluminio reforzado con 
partículas cerámicas tiene una alta resistencia 
mecánica, lo que lo hace adecuado para 
aplicaciones donde se requiere resistencia y 
rigidez. 
b) Peso ligero: Debido a la matriz de aluminio y al 
refuerzo de partículas cerámicas, el material 
compuesto tiene una baja densidad, lo que lo 
hace ligero y adecuado para aplicaciones 
donde se requiere una alta relación resistencia-
peso. 
c) Resistencia a la corrosión: La matriz metálica 
de aluminio proporciona resistencia a la 
corrosión, lo que hace que el material 
compuesto sea adecuado para aplicaciones en 
entornos corrosivos. [2] 
 
IV. ¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DEL GEL COAT EN LA FABRICACIÓN 
DE MATERIALES COMPUESTOS DE MATRIZ POLIMÉRICA? 
 
El gel coat desempeña varios roles en la fabricación de 
materiales compuestos de matriz polimérica: 
 
A. Acabado superficial: El gel coat se aplica como una 
capa externa en la fabricación de materiales compuestos de 
matriz polimérica para proporcionar un acabado liso y 
estético. Actúa como una capa protectora que mejora la 
apariencia y la resistencia a los rayos UV del material 
compuesto. 
 
B. Protección: El gel coat actúa como una barrera 
protectora contra la corrosión, la abrasión y otros daños 
ambientales. Ayuda a prevenir la penetración de agua y 
productos químicos, lo que puede dañar la matriz 
polimérica y debilitar el material compuesto en general. 
 
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C. Adhesión: El gel coat también mejora la adhesión entre 
la matriz polimérica y las capas de refuerzo, como las fibras 
de vidrio o carbono. Proporciona una superficie adecuada 
para una buena unión entre las diferentes capas del material 
compuesto, lo que ayuda a mejorar la resistencia y la 
integridad estructural. 
 
D. Acabado moldeable: El gel coat se aplica como una 
capa inicial en el proceso de fabricación de materiales 
compuestos dematriz polimérica en un molde. Esta capa 
permite obtener un acabado superficial de alta calidad y 
detalles precisos en la superficie del material compuesto. 
[3] 
 
V. EXPLIQUE LA DIFERENCIA ENTRE COHESIÓN Y ADHESIÓN 
DE LOS ADHESIVOS USADOS EN COMPUESTOS LAMINARES 
 
La cohesión y la adhesión son dos propiedades importantes de 
los adhesivos utilizados en compuestos laminados. Aunque 
están relacionados, hay una diferencia clave entre ellos. 
 
Adhesión se refiere a la capacidad del adhesivo para unirse a 
la superficie de otro material. Es la fuerza que mantiene 
unidos el adhesivo y el sustrato. La adhesión es crucial para 
asegurar una unión fuerte y duradera entre las capas de un 
compuesto laminar. Un adhesivo con alta adhesión se adhiere 
bien a la superficie del sustrato y no se despega fácilmente. 
 
Cohesión se refiere a la capacidad del adhesivo para 
mantenerse unido internamente. Es la fuerza que mantiene 
unidas las moléculas del adhesivo entre sí. Una alta cohesión 
significa que el adhesivo tiene una estructura interna fuerte y 
resistente. Esto es importante porque un adhesivo con buena 
cohesión no se romperá fácilmente cuando se someta a fuerzas 
externas, como tracción o cizallamiento. [5] 
VI. BREVE ENSAYO “ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS 
MECÁNICAS DE FIBRAS DE BAMBÚ PARA LA FABRICACIÓN DE 
PIEZAS AUTOMOTRICES”, 
 
El documento es un estudio sobre las características mecánicas 
de fibras de bambú para la fabricación de piezas automotrices. 
El artículo presenta información importante sobre los 
materiales compuestos y su uso en la industria automotriz. 
 
En la primera parte de la lectura pude leer se mencionan 
algunos estudios previos que han demostrado resultados 
positivos en cuanto a las características mecánicas y físicas de 
los materiales compuestos con fibras naturales. Además, se 
menciona un estudio en el que se asegura que algunas 
superficies del interior de los vehículos se podrán construir 
pronto a base de una combinación de plástico y fibras de 
bambú para crear componentes fuertes y flexibles. Este 
estudio es importante porque demuestra que los materiales 
compuestos con fibras naturales pueden ser una alternativa 
viable a los materiales compuestos tradicionales. Además, el 
uso de fibras de bambú en la fabricación de piezas 
automotrices puede tener un impacto positivo en el medio 
ambiente, ya que las fibras de bambú son un recurso renovable 
y sostenible. 
 
También se describe un proceso de elaboración de las probetas 
para los ensayos de tracción, flexión e impacto Charpy. Se 
mencionan las normas utilizadas para la elaboración de las 
probetas y se detalla el proceso de secado y curado del tablero. 
En el cual también se presenta una tabla con las dimensiones 
de las probetas; Que serían todos esos estudios realizados. 
 
En la elaboración de las probetas con las configuraciones 
propuestas para los ensayos de tracción y flexión se emplearon 
las normas INEN ISO 527-4 e INEN ISO 14125, 
respectivamente, mientras que para el ensayo de impacto 
Charpy se utilizó la norma INEN ISO 179-2. El secado y 
curado del tablero duró aproximadamente 72 horas a 
temperatura promedio de 25°C y presión atmosférica de 1 atm. 
Una vez que el objeto estuvo completamente seco, se cortaron 
las probetas con láser de acuerdo con las medidas 
normalizadas. Se obtuvo un total de 48 probetas de las 2 
composiciones propuestas, de las cuales 16 se ensayaron a 
tracción, 16 a flexión y 16 a impacto Charpy. 
Los resultados obtenidos en los ensayos experimentales 
demuestran que los materiales compuestos con fibras de 
bambú presentan características mecánicas adecuadas para su 
uso en la fabricación de piezas automotrices. Se evidenció que 
el módulo de elasticidad obtenido en las dos configuraciones 
propuestas aumentó con respecto al compuesto de fibra de 
vidrio y resina poliéster, material comúnmente utilizado en la 
fabricación de autopartes. Esto se traduce en un aumento de la 
rigidez del material, lo cual lo hace apto para ser utilizado en 
la industria automotriz. 
 
La simulación por FEM del ensayo a tracción de las probetas 
con las configuraciones de 75% y 60% fibra de bambú y 25 % 
resina epóxica, así como con 60% de fibra y 40% de resina, 
obtuvo una diferencia del 6,47% y del 2,33% respectivamente 
frente al ensayo experimental. Se evidencia así que los 
resultados obtenidos son confiables, ya que se utilizó una base 
 
Y por último para terminar se discuten las posibles 
aplicaciones de los materiales compuestos con fibras de 
bambú en la industria automotriz. Se mencionan algunas 
ventajas de utilizar fibras de bambú en la fabricación de piezas 
automotrices, como su bajo costo, su disponibilidad y su 
capacidad para reducir el peso de los vehículos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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VII. BIBLIOGRAFÍA 
 
[1] I. I. Consulting, «infinitiaresearch,» [En línea]. 
Available: 
https://www.infinitiaresearch.com/noticias/materiales-
compuestos-que-son-y-para-que-
sirven/#:~:text=Materiales%20compuestos%3A%20ejemplos
&text=Madera%20compuesta%2C%20como%20la%20mader
a,Materiales%20compuestos%20de%20matriz%20met%C3%
A1lica.. [Último acceso: 23 septiembre 2023]. 
[2] AIMPLAS, «AIMPLAS,» 13 Septiembre 2022. [En 
línea]. Available: https://www.aimplas.es/blog/tipos-de-
materiales-compuestos/. [Último acceso: 21 septiembre 2023]. 
[3] J. L. D. S. G. Victor Hugo Guerrero, Nuevos 
Materiales: Aplicaciones Estructurales e Industriales, 2011. 
[4] J. L. A. COLL, «Fabricación de una boya marina en 
biocomposite de fibra y resina naturales,» 2014. 
[5] J. S. G. P., «DISEÑO DE UN MATERIAL 
COMPUESTO CON FIBRA NATURAL PARA,» 2009. [En 
línea]. Available: 
https://repository.eafit.edu.co/bitstream/handle/10784/297/Jos
eSantiago_GomezP._2009.pdf. [Último acceso: 22 septiembre 
2023].