La matriz es la parte aglomerante del material compuesto Su función no es solo servir de relleno pues cumple también fines de resistencia mecánica

Las propiedades son:

a Transmite las cargas de trabajo a las fibras de alta resistencia mecánica
b Estabiliza el entramado de fibras da al tejido estabilidad y resistencia mecánica
c En caso de fallo de algunas fibras el material de la matriz redistribuye la carga
d Su papel es especialmente importante en la distribución del esfuerzo cortante a que está sujeta la pieza
e La matriz da forma final a la pieza
La Figura 2 3 es un esquema simple de estructura de material compuesto constituida por capas pegadas y superpuestas.

En el caso de la ilustración está formada por cuatro capas.
En cada capa hay mezclados hilos de fibra y plástico aglomerante también como se ha dicho hay matrices de metal o cerámica pero su uso es más propio en los motores de turbina del avión.
Cada capa o lámina se puede orientar en la dirección más conveniente a los efectos de trabajo de la pieza.
De este modo se fija la resistencia mecánica según dicha orientación.
Así el material puede tener gran resistencia mecánica cuando se carga en la dirección de los hilos y tiene resistencia menor o escasa en dirección perpendicular.
En la práctica la dirección de las fibras viene impuesta por los esfuerzos principales a que está sometido cada elemento estructural en servicio.

 

Matrices de polímeros termoestables

 

Nos referimos solo a matrices de empleo en estructuras aeronáuticas.
Las matrices pueden ser de polímeros termoestables o termoplásticos.
Hoy día en estructuras aeronáuticas se usan preferentemente las primeras.
Hay tres resinas de empleo normal en aviación epoifenólica y de poliimida.

foto:Figura 2 3 Sección de material compuesto formado por fibras de alta resistencia mecánica embebidas en una matriz de naturaleza plástica metálica o cerámica.

Epoxi

Es el grupo de resinas más empleado en aviación.
Forma parte de la matriz de los materiales compuestos usados en la estructura de la aeronave, también se usa como adhesivo y forma parte igualmente de los acaba dos de pintura del avión.
Se trata pues de una resina multiuso muy versátil.
La resina epoxi contiene un enlace carbonooxígeno que durante el proceso de polimerización se transforma en una red tridimensional.
La reacción se desarrolla normalmente a temperatura ambiente pero las resinas de mayor resistencia que se emplean en aviación deben curarse endurecerse a unos 180 oc (cada tipo de epoxi tiene sus características peculiares mecánicas y térmicas).
Los distintos grados de resina epoxi se obtienen por mezcla con otras sustancias o bien con otros tipos de la propia resina se trata con ello de obtener las características mecánicas deseadas.
Mediante estas formulaciones es posible muchas de sus características por ejemplo tiempo y temperatura de curado tenacidad y características de trabajo a alta temperatura.

Además y en general los epoxis poseen dos propiedades singulares
1 baja contracción durante el proceso de curado
2 se adhieren con facilidad a cualquier sustancia o material
Las resinas epoxi no se utilizan en elementos interiores de la cabina del avión por su inflamabilidad.

Fenólicas

Las resinas fenólicas encuentran todos los requisitos de inflamabilidad y toxicidad frente a humos previstos en normas EASA (también PAR)
Por esta razón se emplean en maleteros paneles en cocinas de a bordo y otros elementos del interior del avión.

Foto:El borde de ataque del ala del Airbus A380 está fabricado en polímero termoplástico PPS
A380 volando sobre Washington
Foto Cortesía de Airbus
SAS

 

Estas resinas se obtienen a partir de la reacción del ácido carbólico (fenol) y formaldehído.
También se pueden obtener sustituyendo el fenol por urea o por melamina con lo que se obtienen resinas de diferentes propiedades y color.
Su curado es más complicado que el de las resinas epoxi pues en el proceso se desprende agua.
El color de los conjuntos hechos de resina fenólica es oscuro (rojo marrón etc) pero se esclarece cuando se usa urea o melamina.
Por consiguiente su empleo es adecuado cuando no importa el color final del conjunto a que se aplica.
La resinas fenólicas poseen buenas características a temperatura alta de trabajo (de hecho se emplean a veces en discos de frenos) tienen resistencia al desgaste y buena estabilidad dimensional.

Poliimida y bismaleimida

La resistencia a alta temperatura de los compuestos hechos con poliimida y bismaleimida (BMI) es superior a las resinas epoxi, de manera que son en principio un sustituto para compuestos que trabajan a temperatura de servicio continuo de 175 ºC.
Su límite térmico está en 300 ºC, algo menos en las BMI.

Debido a su capacidad para soportar temperaturas altas se emplean a veces en conjuntos para motores y aviones de combate, circuitos electrónicos impresos e incluso en elementos para monoplazas Fórmula l.

Tienen no obstante inconvenientes

a Elaborado proceso de fabricación pues emiten muchos compuestos volátiles durante el curado por esta razón el proceso se debe controlar con precisión para evitar defectos en el material
b Las características de tenacidad de los compuestos de poliimida  y BMI son mediocres
c Absorben humedad con mayor facilidad que las resinas epoxis.

 

Matrices de polímeros termoplásticos

 

En la actualidad los polímeros termoplásticos se usan menos en aviación que los termoestables.

Dicho esto debe señalarse que la industria aeronáutica presta atención creciente en los últimos años a las buenas cualidades de los polímeros termoplásticos por tres razones:

l Mayor resistencia al impacto
2 Tenacidad
3 Banda más alta de temperatura de servicio

De hecho en Europa se usan termoplásticos en partes de los aviones Airbus A340 y A380 (borde de ataque de ala,costillas del A340) pero aun así el grado de aplicación aeronáutico es pequeño en comparación con los termoestables.
Debe tenerse en cuenta que sobre estos últimos plásticos hay gran experiencia de uso y cumplimentación de normas de aeronavegabilidad.
Se han hecho además fuertes inversiones en instalaciones de producción y por tanto el cambio a los termoplásticos es una cuestión técnica pero también presenta aspectos económicos importantes.
Además de las ventajas generales citadas los polímeros termoplásticos cuentan además con otras de tipo técnicas respecto a los termoestables.

Tiempo de almacenamiento tan extenso que el almacenaje no es un criterio limitativo.
Los termoestables tienen tiempo de vida limitado y conservación refrigerada.
Insensibles a la humedad puede que alguno no tenga esta propiedad pero es la excepción.
Se calientan, conforman y enfrían en poco tiempo.
En termoestables hablamos de procesos en horas.
Aspectos medioambientales
a Pueden reciclarse
b Emiten pocos compuestos volátiles durante  el proceso de fabricación.

PEEK

 

Es la resina más empleada en aviación dentro de los termoplásticos, de la que se tiene mayor experiencia.
PEEK, lo diremos solo una vez: Polietererquetono con punto de fusión de 335 ºC.

Las propiedades generales se citan en el cuadro adjunto Tabla l.

PPS

PPS es el acrommo del sulfuro de polifenileno.
Es el material de coste más bajo dentro de los termoplásticos disponibles para uso aeronáutico.
Ejemplos de uso compuertas de tren de aterrizaje del Fokker 50 bordes de ataque del ala A340 y A380 Es un polímero de buena tenacidad rigidez y baja inflamabilidad