¿Qué son los materiales compuestos?

Plástico reforzado con fibra de carbono
Plástico reforzado con fibra de carbono

En ingeniería y ciencia de materiales, los materiales compuestos son materiales formados dos o más constituyentes con propiedades físicas o químicas marcadamente diferentes, y que en combinación forman un material con propiedades diferentes a cada componente por separado.

Además, cada componente permanece distinguible y separable mecánicamente de la estructura final de materiales combinados, aunque sea a escala muy pequeña.

Las propiedades que adquiere el material compuesto pueden ser aprovechadas por diferentes motivos. Por ejemplo, se puede conseguir un material más fuerte, más ligero o menos contaminante; en ocasiones simplemente abarata los costes de producción en comparación con materiales tradicionales.

El desarrollo de materiales compuestos tiene una importante línea de futuro en los conocidos como materiales robóticos, que serán materiales compuestos que llevan incorporados funciones sensoriales a las que pueden reaccionar.

Un ejemplo muy común de material compuesto en el que se ve muy claro en que consiste es el hormigón, que sería un material compuesto formado por grava en una matriz de cemento. La fibra de vidrio

Constituyentes: matriz y refuerzo

Como se ha descrito, los materiales compuestos están formados por la combinación de varios materiales individuales llamados constituyentes. Los constituyentes se pueden dividir en dos grandes grupos o fases:

  1. Matriz: materiales que dan soporte a los materiales de refuerzo
  2. Refuerzo: materiales que, gracias a sus propiedades físicas, mejora las propiedades de la matriz.

La matriz puede ser a su vez de dos tipos, orgánica o inorgánica. Ejemplos de matrices orgánicas serían las matrices de lignina o las matrices de polímeros sintéticos (plásticos, resinas). Como ejemplo de matrices inorgánicas, las más comunes son el cemento, la cerámica y el metal.

Entre los materiales de refuerzo son muy comunes las fibras, como la fibra de celulosa, la fibra de vidrio o la fibra de carbono. Por ejemplo, cuando se habla de fibra de vidrio, generalmente se suele referir en realidad al plástico reforzado con fibra de vidrio, un material compuesto en el que finas fibras de vidrio refuerzan una matriz de un polímero plástico.

Tipos y ejemplos

Los plásticos o polímeros reforzados con fibras son un grupo muy importante y puede que el más asociado coloquialmente con el concepto de material compuesto. Consiste en una matriz de plástico, generalmente temoplásticos, resinas epoxi y poliésteres, y una fibra como material de refuerzo.

Los tipos de polímeros reforzados con fibras más importantes son los reforzados con fibra de vidrio, con fibra de carbono y con fibras de aramida. También los hay reforzados con fibras de celulosa, con fibra de boro, fibras metálicas y otras menos comunes.

Los materiales compuestos también pueden utilizar metales, cerámica y materiales orgánicos como matrices. Los compuestos de matriz cerámica incluyen el cermet (cerámica-metal) y los hormigones (cerámica-cerámica).

Ejemplos de materiales compuestos de matriz orgánica podrían ser materiales tan distintos como el asfalto, el nácar o varios tipos de composites dentales.

La madera mejorada es un tipo de material compuesto en el que la matriz es madera o derivados. Por ejemplo, el contrachapado, también llamado multilaminado o plywood, es un tablero formado por láminas de madera o conglomerado pagadas mediante fibras de resinas sintéticas. Otros tipos serían los tableros OSB (Oriented strand board) o el weatherbest (fibra de madera en matriz de polietileno).

Un tipo especial de material compuesto son los que tienen estructura en sandwich. Estos materiales se fabrican uniendo dos láminas finas pero rígidas a un núcleo poco pesado pero grueso que refuerza la estructura manteniendo una densidad baja.