E1 Constituyentes: Matriz y Refuerzo

Tópico

Este compuesto está formado por dos constituyentes, la matriz y el refuerzo, y las fracciones volumétricas y las propiedades intrínsecas de cada uno de ellos son las entradas base de este modelo. Que la matriz y el refuerzo se combinen entre sí hace que sus fracciones volumétricas queden definidas por un balance conjunto: la fracción volumétrica de la matriz y la fracción volumétrica del refuerzo suman, entre las dos, la totalidad del volumen del compuesto, de modo que basta con conocer una de las dos fracciones para obtener la otra por diferencia.

Esa fracción volumétrica de cada constituyente puede convertirse, además, en su fracción másica correspondiente, y viceversa: como la masa de cada constituyente es el producto de su volumen por su densidad, conocer la densidad de la matriz y la densidad del refuerzo es lo que permite pasar de la fracción volumétrica de cada uno a su fracción másica, o de la fracción másica de vuelta a la fracción volumétrica. Que se conozca la densidad de cada constituyente hace que esta conversión sea posible en cualquiera de los dos sentidos.

Esa misma fracción volumétrica, junto con las densidades de fase de la matriz y del refuerzo, es también la que determina la densidad del compuesto completo, según la regla de mezclas: la densidad del compuesto es el promedio de la densidad de la matriz y la densidad del refuerzo, ponderado cada uno por su propia fracción volumétrica. Que la fracción volumétrica del refuerzo sea mayor, cuando el refuerzo es más denso que la matriz, hace que la densidad del compuesto completo sea mayor; que esa fracción volumétrica del refuerzo sea menor, hace que la densidad del compuesto se acerque más a la de la matriz sola.

El refuerzo de este compuesto, además de su fracción volumétrica y su densidad, tiene una geometría propia, que caracteriza su relación de aspecto: la relación entre su longitud y su espesor o diámetro. Que esta relación de aspecto sea alta hace que el refuerzo tenga la forma de una fibra larga y continua; que esta relación de aspecto sea baja, hace que el refuerzo tenga, en cambio, la forma de una partícula corta o de una fibra picada.

Por eso este modelo, con la matriz y el refuerzo con los que se abrió, alimenta como entrada a otros dos modelos de este conjunto: el que describe las propiedades elásticas efectivas del compuesto y el que describe sus propiedades térmicas efectivas. Que las fracciones volumétricas, la densidad del compuesto y la relación de aspecto del refuerzo queden establecidas aquí hace que esos otros dos modelos puedan partir directamente de ellas, sin tener que redefinirlas.

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