Fibra de carbono














Asignatura: Tecnología de fabricación

Tema: Fibra de carbono

Docente: Ing. Walter Artiga

Alumno: Luis Ernesto Palma Majano





Introducción

La fibra de carbono (fibrocarbono) es un material formado por fibras de 50-10 micras de diámetro, compuesto principalmente de átomos de carbono. Los átomos de carbono están unidos entre sí en cristales que sonmás o menos alineados en paralelo al eje longitudinal de la fibra. La alineación de cristal da a la fibra de alta resistencia en función del volumen (lo hace fuerte para su tamaño). Varios miles de fibras de carbono están trenzados para formar un hilo, que puede ser utilizado por sí mismo o tejido en una tela.
Las propiedades de las fibras de carbono, tales como una alta flexibilidad, altaresistencia, bajo peso, tolerancia a altas temperaturas y baja expansión térmica, las hacen muy populares en la industria aeroespacial, ingeniería civil, aplicaciones militares, deportes de motor junto con muchos otros deportes. Sin embargo, son relativamente caros en comparación con las fibras similares, tales como fibras de vidrio o fibras de plástico, lo que limita en gran medida su uso.
En estedocumento tocaremos temas sobre su estructura, procesos de fabricación y aplicaciones más importantes.














Historia
Durante la década de los 70’s, el trabajo experimental para encontrar materias primas alternativas permitió la introducción de las fibras de carbón hechas a partir del procesamiento de la brea de petróleo. Estas fibras contenían alrededor de 85% de carbono y teníauna excelente resistencia a la flexión. Desafortunadamente, sólo tenían una resistencia limitada a la compresión y no eran ampliamente aceptadas.
Actualmente, las fibras de carbón son parte importante de muchos productos y nuevas aplicaciones son desarrolladas cada año. Los Estados Unidos, Japón y Europa Occidental son los principales productores de fibras de carbón.
A continuación se muestraun gráfico que representa el avance de las fibras de carbón:
















Las fibras de carbón son clasificadas de acuerdo a los módulos de tensión de las fibras. El módulo de tensión es una medida que mide cuánta fuerza de tensión puede ejercerse sobre una fibra determinada por su diámetro sin romperse. La unidad de medida inglesa es libras de fuerza por pulgada cuadrada desuperficie transversal, o PSI. Las fibras de carbón clasificadas como “módulo bajo”, tiene un módulo de tensión de 34.8 millones de
PSI (240 millones de kPa). Otras clasificaciones en orden ascendente de los módulos de tensión incluyen “módulos estándar”, “módulos intermedio”, “módulos altos” y “módulos ultra altos”. Los módulos ultra altos de fibra de carbón tienen un módulo de tensión de 72.5-145millones de PSI (500 million-1,000 millones de kPa). Como comparación, el acero tiene un módulo de tensión de cerca de 29 millones de PSI (200 millones de kPa). De este modo, las fibras de carbón son diez veces más fuertes que el acero y ocho veces más que el aluminio, sin mencionar que la fibra de carbón es mucho más ligera que ambas, 5 y 1.5 veces respectivamente. Adicionalmente, suspropiedades de fatiga son superiores a todas las estructura metálicas y son uno de los materiales más resistentes a la corrosión disponibles, cuando se combinan con las resinas adecuadas.

A continuación se muestran las características de la fibra de carbón, fibra de vidrio, aluminio y acero:









Proceso de fabricación
La materia prima usada para fabricar la fibra de carbón es llamadaprecursor. Cerca del 90% de las fibras de carbón producidas son hechas de poliacrilonitrilo (PAN), el 10% restante es hecho de rayón o brea de petróleo. Todos estos materiales son polímeros orgánicos que se caracterizan por cadenas largas de moléculas unidas entre sí por átomos de carbono. La composición exacta de cada precursor variará de una compañía a otra y es generalmente considerado un...