FIBRA DE CARBONO

FIBRA DE CARBONO

La fibra de carbono es una fibra sintética constituida por finos filamentos de 5–10 μm de diámetro y compuesto principalmente por carbono. Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de carbono. Se trata de una fibra sintética porque se fabrica a partir del poliacrilonitrilo. Tiene propiedades mecánicas similares al acero y es tan ligera como la madera o el plástico. Por su dureza tiene mayor resistencia al impacto que el acero.

HISTORIA

En 1958, Roger Bacon creó fibras de alto rendimiento de carbono en el Centro Técnico de la Union Carbide Parma, ahora GrafTech International Holdings, Inc., que se encuentra en las afueras de Cleveland, Ohio. Estas fibras se fabricaban mediante el calentamiento de filamentos de rayón hasta carbonizarlos. Este proceso resultó ser ineficiente,ya que las fibras resultantes contenían sólo un 20% de carbono y tenían malas propiedades de fuerza y de rigidez.En la década de 1960, un proceso desarrollado por Akio Shindo de la Agencia de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología de Japón, con poliacrilonitrilo (PAN) como materia prima. Este había producido una fibra de carbono que contiene alrededor del 55% de carbono.

PROCESO DE FABRICACIÓN

Un método común de la fabricación consiste en calentar los filamentos PAN en una atmósfera con aire (oxidación) a aproximadamente 300°C, que rompe muchos de los enlaces de hidrógeno y oxida la materia. El PAN oxidado se coloca en un horno que tiene una atmósfera inerte de un gas como el argón, y se calienta a aproximadamente 2000°C, lo que induce a la grafitización del material, cambiando la los enlaces de la estructura molecular. Cuando se calienta en las condiciones adecuadas, estas cadenas se unen una al lado de la otra, formando estrechas láminas de grafeno que con el tiempo se unen para formar un solo filamento cilíndrico. El resultado es generalmente 93-95% de carbono.

CARACTERÍSTICAS

La estructura atómica de la fibra de carbono es similar a la del grafito, consistente en láminas de átomos de carbono ordenados en un patrón regular hexagonal. La diferencia está en la manera en que esas hojas se entre cruzan. El grafito es un material cristalino en donde las hojas se sitúan paralelamente unas a otras de manera regular. Las uniones químicas entre las hojas es relativamente  débil, lo que proporciona al grafito su blandura y brillo característicos. La fibra de carbono es un material amorfo: las láminas de átomos de carbono se colocan al azar, apretadas o juntas. Esta  integración de las láminas de carbono es responsable de su alta resistencia.

Es conductor eléctrico  y de alta conductividad térmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace más grueso y corto. 

CLASIFICACIÓN

Las  fibras de carbono se clasifican por el módulo de tracción de la fibra. El módulo de tracción es una medida de la cantidad de fuerza de tracción de una fibra de cierto diámetro puede ejercer sin romperse. La unidad de medida es Inglés libras de fuerza por pulgada cuadrada de área de sección transversal, o psi. Las fibras de carbón clasificados como "módulo bajo" tienen un módulo de elasticidad a continuación 34.800.000 psi (240 millones de kPa). Otras clasificaciones, con el fin de módulo de tracción ascendente, incluyen "módulo estándar", "módulo intermedio", "módulo alto" y "módulo ultra". Fibras ultra alto módulo de carbono tienen un módulo de elasticidad de los 72,5 a 145,0 millones de psi (500 millones de dólares, 1,0 millones de kPa). Como una comparación, el acero tiene un módulo de tracción de alrededor de 29 millones de psi (200 millones kPa). Por lo tanto, la fibra de carbono es más fuerte cerca de cinco veces más fuerte que el acero.

APLICACIONES

La fibra de carbono se utiliza principalmente para reforzar materiales compuestos, para obtener materiales conocidos como plásticos reforzados con fibra de carbono (PRFC). Las demandas más fuertes provienen de las industrias aeronáutica y aeroespacial, de la energía eólica, así como de la industria automotriz.

También se está haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patines en línea, raquetas de tenis, edificios, ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso en joyería.