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¿Cuál es la definición de un material compuesto?

¿Cuál es la definición de un material compuesto?

Definido libremente, un compuesto es una combinación de dos o más materiales diferentes que da como resultado un producto superior (a menudo más fuerte). Los humanos han estado creando compuestos durante miles de años para construir todo, desde refugios simples hasta dispositivos electrónicos elaborados. Mientras que los primeros compuestos se hicieron de materiales naturales como el barro y la paja, los compuestos de hoy se crean en un laboratorio a partir de sustancias sintéticas. Independientemente de su origen, los compuestos son los que han hecho posible la vida tal como la conocemos.

Una breve historia

Los arqueólogos dicen que los humanos han estado usando compuestos durante al menos 5,000 a 6,000 años. En el antiguo Egipto, ladrillos hechos de barro y paja para encerrar y reforzar estructuras de madera como fortalezas y monumentos. En partes de Asia, Europa, África y las Américas, las culturas indígenas construyen estructuras a partir de zarzo (tablones o tiras de madera) y barro (un compuesto de barro o arcilla, paja, grava, cal, heno y otras sustancias).

Otra civilización avanzada, los mongoles, también fueron pioneros en el uso de compuestos. Comenzando alrededor del año 1200 d.C., comenzaron a construir arcos reforzados con madera, hueso y adhesivo natural, envueltos con corteza de abedul. Estos eran mucho más poderosos y precisos que simples arcos de madera, ayudando al Imperio mongol de Genghis Khan a extenderse por Asia.

La era moderna de los compuestos comenzó en el siglo XX con la invención de plásticos tempranos como la baquelita y el vinilo, así como productos de madera de ingeniería como el contrachapado. Otro compuesto crucial, Fiberglas, se inventó en 1935. Era mucho más resistente que los compuestos anteriores, podía moldearse y moldearse, y era extremadamente ligero y duradero.

La Segunda Guerra Mundial aceleró la invención de aún más materiales compuestos derivados del petróleo, muchos de los cuales todavía se usan hoy en día, incluido el poliéster. La década de 1960 vio la introducción de compuestos aún más sofisticados, como el Kevlar y la fibra de carbono.

Materiales compuestos modernos

Hoy en día, el uso de compuestos ha evolucionado para incorporar comúnmente una fibra estructural y un plástico, esto se conoce como plástico reforzado con fibra o FRP para abreviar. Al igual que la paja, la fibra proporciona la estructura y resistencia del compuesto, mientras que un polímero plástico mantiene la fibra unida. Los tipos comunes de fibras utilizadas en los compuestos FRP incluyen:

  • Fibra de vidrio
  • Fibra de carbon
  • Fibra de aramida
  • Fibra de boro
  • Fibra de basalto
  • Fibra natural (madera, lino, cáñamo, etc.)

En el caso de la fibra de vidrio, cientos de miles de pequeñas fibras de vidrio se compilan juntas y se mantienen rígidamente en su lugar mediante una resina de polímero de plástico. Las resinas plásticas comunes utilizadas en los compuestos incluyen:

  • Epoxy
  • Vinil éster
  • Poliéster
  • Poliuretano
  • Polipropileno

Usos y beneficios comunes

El ejemplo más común de un compuesto es el concreto. En este uso, la barra de refuerzo de acero estructural proporciona la resistencia y rigidez al hormigón, mientras que el cemento curado mantiene la barra de refuerzo estacionaria. El refuerzo solo se flexionaría demasiado y el cemento solo se rompería fácilmente. Sin embargo, cuando se combina para formar un compuesto, se crea un material extremadamente rígido.

El material compuesto más comúnmente asociado con el término "compuesto" son los plásticos reforzados con fibra. Este tipo de compuesto se usa ampliamente a lo largo de nuestra vida diaria. Los usos comunes de los compuestos plásticos reforzados con fibra incluyen:

  • Aeronave
  • Barcos y marina
  • Equipamiento deportivo (palos de golf, raquetas de tenis, tablas de surf, palos de hockey, etc.)
  • Componentes automotrices
  • Palas de aerogeneradores
  • Armadura
  • Materiales de construcción
  • Tuberías
  • Puentes
  • Mangos de herramientas
  • Rieles de escalera

Los materiales compuestos modernos tienen una serie de ventajas sobre otros materiales como el acero. Quizás lo más importante es que los compuestos son mucho más livianos. También resisten la corrosión, son flexibles y resistentes a las abolladuras. Esto, a su vez, significa que requieren menos mantenimiento y tienen una vida útil más larga que los materiales tradicionales. Los materiales compuestos hacen que los autos sean más livianos y, por lo tanto, más eficientes en combustible, hacen que el blindaje del cuerpo sea más resistente a las balas y hacen palas de turbina que pueden soportar el estrés de las altas velocidades del viento.

Fuentes

  • Personal de BBC News. "El inventor de Kevlar, Stephanie Kwolek, muere". BBC.com 21 de junio de 2014.
  • Personal del Departamento de Energía. "Las 9 cosas principales que no sabías sobre la fibra de carbono". Energy.gov. 29 de marzo de 2013.
  • Personal de la Real Sociedad de Química. "Materiales compuestos." RSC.org.
  • Wilford, John Noble. "Restaurando un tributo de ladrillos de barro a un rey egipcio difunto". NYTimes.com. 10 de enero de 2007.