MATERIALES COMPUESTOS EN LA INDUSTRIA AEROESPACIAL

DEFINICION

En ciencia de materiales reciben el nombre de materiales compuestos aquellos materiales que se forman por la unión de dos materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad [1]. Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes características:

• Están formados de 2 o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.
• Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.
• Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).
• No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifásicos; como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes(1)

PRINCIPALES MATERIALES COMPUESTOS EN LA INDUSTRIA AEROESPACIAL

Fibra de vidrio

Ya que es el material compuesto más común, la fibra de vidrio, fabricada a partir de fibras de vidrio incrustadas en una matriz de resina. fue utilizada durante  en la construcción del Boeing 707 de pasajeros. En 2010, los ingenieros aún utilizan fibra de vidrio en la construcción de aviones, tanto como en la construcción de alas de avión.

Fibra de carbón

Este compuesto, hecho de átomos de carbono y una matriz de epoxi, tiene un gran valor debido a su peso ligero. De acuerdo con "Carbon Fiber Composites", el transbordador espacial de los EE.UU. utiliza fibra de carbono. "Fundamentals of CompositesManufacturing", señala además que este material proporciona prestaciones de alto costo, con el lanzamiento al espacio costando alrededor de US$10.000 por cada libra a partir de 2008. La fibra de carbono también proporciona resistencia al calor y por lo tanto es útil para naves espaciales y aviones militares.

Fibra de boro

Los materiales compuestos de fibra de boro, de acuerdo con "Composite Materials for Aircraft Structures. Durante la década de 1970, fueron utilizados en la construcción de los aviones militares F-14 y F-15. Dado su gran diámetro (entre 100 y 140 micrómetros) la fibra de boro tiene una alta rigidez de flexión que limita su uso en partes más pequeñas aeronaves más complejas. Esta característica la distingue de fibra de carbono, cuyo diámetro más pequeño aporta una mayor flexibilidad.

Aluminio-titanio (aleación)

La aleación de aluminio-titanio difiere de un compuesto, pero resulta igualmente valioso como un material de construcción aeroespacial. El ingeniero mecánico Kenneth Vecchio formó este material en 2005 después de estudiar diseño natural de la concha de abulón, que tiene una construcción formidable. La aleación de aluminio-titanio ofrece un peso ligero, de acero como opción en la construcción aviación/aeroespacial. (3) 

USO EN LA INDUSTRIA AEROESPACIAL

La utilización de los materiales compuestos ha significado un gran avance dentro de la industria aeroespacial, dados los beneficios estos que ofrecen como son: capacidad de moldeo, menor peso, menor necesidad de mantenimiento, resistencia a la corrosión y a la fatiga.

El desarrollo de los compuestos toma como mínimo la integración de dos o más materiales de diferentes características, que ofrezcan funcionalidades únicas para el desarrollo de estructuras o productos finales. Una desventaja en los materiales compuestos son sus altos costos de producción y procesos de manufactura no estandarizados. Los nuevos materiales dan a los aviones ventajas en cuestión de reducción de peso y costo de mantenimiento (hasta en un 30%), permitiendo contar con más autonomía de vuelo.

Para empresas mexicanas de base tecnológica, algunas de las capacidades que serían de gran utilidad para la industria se centran alrededor de estos temas:

• Desarrollar competencia para efectuar pruebas  no destructivas (NDT).

 • Análisis de resistencias a fracturas por  uso extremo, estiramiento, deformación  y contracción del material.

• Pruebas de fatiga y fractura utilizando sistemas de pruebas de ultrasonido, de termo grafía y rayos x.

 • Análisis de vibración y acústica (absorción y aislamiento acústico)

 • Análisis de pruebas dinámicas y de fallas.

• Determinación de propiedades en los materiales teniendo en cuenta la capacidad del material:  tracción, compresión y flexión a temperaturas extremas ( -129 a C. 540 °).

• Desarrollar capacidades y habilidades enfocadas al fortalecimiento en los materiales compuesto por medio de integración de nanotecnologías (nanotubes).

• Aplicación de tecnologías MEMS en los materiales compuestos (2)

SITUACIÓN ACTUAL Y FUTURO PRÓXIMO DE LOS MATERIALES EN LA  INDUSTRIA AERONÁUTICA

Los materiales compuestos en la industria aeronáutica han alcanzado su máximo nivel de utilización (según algunos autores)

Los próximos programas aeronáuticos van a considerar de nuevo las aleaciones avanzadas para la fabricación de estructuras aeronáuticas

Si queremos mantener e incluso incrementar la utilización de CFRP, deberemos hacer un gran esfuerzo  de investigación en al  menos las tres siguientes áreas:

- Tecnologías de fabricación

- Comportamiento estructural y Coste

- Capacidades Multifuncionales

FUTUROS DESARROLLOS EN EL ÁREA DE LOS MATERIALES COMPUESTOS EN LA INDUSTRIA AERONÁUTICA:

· Nuevos materiales con propiedades mejoradas

                            Fibras de carbono de más alto modulo y resistencia

                            Nuevas fibras orgánicas y cerámicas                         

   Materiales multifuncionales

                            Reach

                            Nanotecnologias

Matrices orgánicas:

– Benzoxacina

– PEKK. PAEK

– Aditivos termoplásticos

– Arquitectura del preimpregnado

Nuevos procesos

OOA

Tratamientos superficiales para estructuras encoladas y metalización de superficies

Procesos integrados. Disminución de elementales

NANOTUBOS DE CARBONO

En un estado ideal se trata simplemente de una o varias hojas de grafito enrollada (SW o MW) CNT presentan una estructura interna diferente

·         Propiedades mecánicas del diamante

·         Propiedades específicas un orden de magnitud

·         superiores que las de las fibras de grafito

·         Muy alta flexibilidad

·         Muy alta conductividad eléctrica y térmica

·         Elevada área superficial : oxidación y funcionalización (4)

REFERENCIAS

(1)  https://es.wikipedia.org/wiki/Material_compuesto

(2) https://fumec.org.mx/v6/htdocs/aero.pdf PAG. 7

(3) https://www.ehowenespanol.com/materiales-compuestos-utilizados-sector-aeroespacial-lista_147593/

(4) https://www.urjc.es/fundacion/cursos_verano/ponencias/josesanchez.pdf

https://www.sandglasspatrol.com/IIGM-12oclockhigh/Materiales%20Aeronauticos.htm