Los aceros inoxidables se definen generalmente como aleaciones ferrosas que contienen cromo, normalmente entre el 11 y el 30 %. El cromo crea sobre el acero una película protectora frente a la corrosión. Otros elementos de aleación pueden ser níquel, cobre, titanio, molibdeno y niobio; la proporción de cada uno influye en las características estructurales, mecánicas y de resistencia a la corrosión.
Según su estructura cristalina, los aceros inoxidables se clasifican en:
- Martensíticos: aleaciones de cromo, generalmente entre el 11 y el 18 %, con una cantidad significativa de carbono y otros elementos como manganeso, silicio y molibdeno.
- Ferríticos: aceros inoxidables con cromo, normalmente entre el 12 y el 17 %.
- Austeníticos: aceros inoxidables con níquel (8–14 %), cromo (17–19 %) y, en algunos casos, molibdeno (2–3 %).
- Austeno-ferríticos o dúplex: aceros inoxidables con cromo (18–26 %), níquel (4,5–6,5 %) y, eventualmente, molibdeno (2,5–3 %).
Las denominaciones AISI 304 y AISI 316 identifican aceros inoxidables austeníticos de alta calidad. El AISI 304 se conoce también como 18/10 por su contenido aproximado de cromo y níquel. Para ambientes más exigentes —puertos, zonas industriales o entornos muy contaminados— se utiliza con frecuencia AISI 316, cuyo contenido de molibdeno mejora la resistencia frente a la corrosión por cloruros y lo hace especialmente adecuado para aplicaciones navales.
Las fibras de aramida son fibras poliméricas de muy altas prestaciones mecánicas obtenidas a partir de poliamidas aromáticas. Las poliamidas son materiales poliméricos obtenidos mediante policondensación de diaminas y ácido dicarboxílico; pueden presentar una estructura lineal o contener grupos aromáticos.
Las poliamidas de cadena lineal, como el nailon, son relativamente deformables. El nailon presenta un módulo elástico del orden de 5 GPa y una resistencia a tracción relativamente baja frente a otros materiales poliméricos, por lo que su uso estructural es limitado.
La presencia de anillos aromáticos aumenta las prestaciones mecánicas, especialmente el módulo de elasticidad. Cuando el contenido de anillos aromáticos supera aproximadamente el 85 %, se habla de poliamidas aromáticas o aramidas.
Las fibras de aramida ofrecen una resistencia a tracción comparable a la de muchas fibras de carbono, aunque con un módulo elástico generalmente inferior. Gracias a su menor densidad —aproximadamente 1,4 g/cm³ frente a 1,8 g/cm³ del carbono— presentan una elevada resistencia específica. Se utilizan especialmente en refuerzos de mampostería y en aplicaciones que requieren elevada resistencia al corte y a la abrasión. Son materiales no conductores y presentan buena estabilidad térmica; la radiación UV puede provocar degradación.
El basalto se utiliza desde la antigüedad por su dureza, tanto para pavimentación como material de relleno en construcción. Más recientemente se ha empleado en revestimientos antiabrasivos y baldosas obtenidas por moldeo del material fundido.
La producción de fibra de basalto se basa en cuatro etapas principales:
- pretratamiento de la roca basáltica;
- fusión en horno para obtener material continuo;
- hilatura continua;
- tejeduría u otros procesos para obtener formatos finales destinados a aplicaciones específicas.
Para producir fibra de basalto, la roca se lleva por encima de su temperatura de fusión, aproximadamente 1400 °C, hasta alcanzar una viscosidad adecuada para la hilatura. El material fundido se extruye a través de una matriz con múltiples boquillas para producir filamentos continuos, que posteriormente se enrollan y estiran para reducir el diámetro y mejorar las propiedades mecánicas. Las fibras de basalto presentan propiedades superiores a las de muchas fibras de vidrio, aunque requieren temperaturas de procesado más elevadas y, por tanto, un mayor consumo energético.
Paul Dhé obtuvo en París en 1923 una de las primeras patentes para la producción de filamentos de basalto. Tras la Segunda Guerra Mundial continuaron las investigaciones en Europa, Estados Unidos y la Unión Soviética. En las décadas de 1950 y 1960 se obtuvieron resultados significativos en Moscú y Praga; posteriormente la tecnología se desarrolló también para aplicaciones militares y aeroespaciales. A partir de la década de 1990 se amplió su utilización a aplicaciones civiles.
La fibra de carbono es un material formado principalmente por átomos de carbono y se caracteriza por:
- diámetros típicos comprendidos entre 5 y 15 µm;
- elevada conductividad eléctrica y térmica;
- buena inercia química, excepto frente a la oxidación;
- elevadas prestaciones mecánicas en términos de rigidez y resistencia.
Las fibras de carbono pueden producirse principalmente a partir de dos precursores: PAN y PITCH. Según el precursor y el tratamiento aplicado se obtienen fibras con propiedades mecánicas diferentes.
Fibras de carbono a partir de PAN. El proceso incluye calentamiento, oxidación y carbonización en atmósfera inerte hasta temperaturas del orden de 1300 °C. El resultado es una estructura grafítica muy orientada a lo largo de la fibra. Las fibras obtenidas a partir de PAN presentan una estructura turbostrática y suelen ofrecer una elevada resistencia a rotura.
Fibras de carbono a partir de PITCH. El pitch o brea procede de residuos de la destilación del alquitrán o del petróleo. Mediante tratamientos térmicos se forma una mesofase de cristales líquidos; durante la extrusión, las moléculas se orientan a lo largo del eje de la fibra. Posteriormente se realizan tratamientos de termofijado y carbonización a temperaturas elevadas. El aumento de la temperatura final mejora la orientación interna y, por tanto, el módulo de las fibras.
El vidrio monolítico es un material frágil, pero al transformarse en filamentos muy finos adquiere una elevada resistencia mecánica y resiliencia. Esto se debe a que las fibras presentan muchos menos defectos que el vidrio convencional, reduciendo las zonas de concentración de tensiones.
La tecnología más utilizada para producir fibras de vidrio es la fusión directa. El vidrio fundido se homogeneiza, se refina y se hace pasar por hileras calentadas de platino-iridio con numerosos orificios. La viscosidad del fundido, el número y tamaño de los orificios y la velocidad de estirado determinan el diámetro final de los filamentos.
Durante el fibrado, cada hilo recibe un tratamiento de apresto o sizing, diseñado para facilitar el procesado posterior y mejorar la compatibilidad con matrices poliméricas, las propiedades mecánicas del material compuesto y la resistencia al envejecimiento.
Entre las principales características de las fibras de vidrio destacan:
- buena estabilidad a altas temperaturas;
- excelente resistencia a choques térmicos;
- buena estabilidad dimensional;
- buena resistencia mecánica;
- baja conductividad térmica;
- incombustibilidad;
- excelente flexibilidad;
- buena resistencia química.
Vidrio E. Es el tipo de vidrio más utilizado tanto en la industria textil como en materiales compuestos. Sus buenas propiedades dieléctricas y su relación entre prestaciones y coste han favorecido su utilización industrial a gran escala.
Vidrio AR. Ha sido desarrollado para resistir ambientes alcalinos y se emplea como material de refuerzo para matrices cementicias. Su contenido de óxido de circonio mejora la resistencia frente a los álcalis y permite aumentar la resistencia y durabilidad de elementos de cemento reforzado.
PBO (poliparafenilenbenzobisoxazol) es una fibra sintética de muy altas prestaciones comercializada, entre otros nombres, como Zylon®.
Zylon® (PBO) presenta valores muy elevados de módulo y carga de rotura, aproximadamente superiores a los de muchas fibras de aramida. Ofrece excelente resistencia a la fluencia y al calor, con una temperatura de descomposición del orden de 650 °C.
Entre sus principales características:
- módulo elástico y carga de rotura muy elevados;
- excelente resistencia a la fluencia;
- excelente resistencia al calor y a la llama;
- temperatura de descomposición de aproximadamente 650 °C;
- reducción de las prestaciones mecánicas bajo exposición prolongada a radiación UV;
- buena estabilidad química frente a numerosas sustancias orgánicas;
- posible disminución de las propiedades mecánicas en presencia de ácidos fuertes.