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Ciencia de los materiales

Fibra de Carbono

LA FIBRA DE
CARBONO

Grado en Ingeniería mecánica
David Bueno Sáenz
Daniel Bravo Murillo

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Ciencia de los materiales

Fibra de Carbono

HISTORIA Y OBTENCION

Las fibras de carbono propiamente dichas, también conocidas como fibras de carbón (FC), son sólidos
que presentan una morfología fibrosa en forma de filamentos, o una trenzade éstos, y con un contenido
mínimo en carbono del 92% en peso.

Se obtienen por carbonización (entre 1200ºC Y 1400ºC) de fibras orgánicas naturales o sintéticas, o
de fibras procedente de precursores orgánicos

En la mayoría de los casos, las fibras de carbono permanecen como carbón no grafítico. Por tanto, el
término de fibras de granito sólo está justificado cuando las fibras de carbono(siempre y cuando sean
gratifizables) han sido sometidas a un tratamiento térmico de gratificación (entre 2000ºC y 3000ºC) lo
que les confiere un orden cristalino tridimensional que puede observarse mediante difracción de rayos X.

Las primera fibras de carbono utilizadas industrialmente se deben a Edison, el cual preparó fibras por
carbonización de filamentos de fibras de bambú (celulosa) yfueron utilizadas en la preparación de
filamentos para lámparas incandescentes.

En 1958. Roger Bacon, investigador de Union Carbide, demuestra la alta resistencia a la tracción de
las fibras de carbono.

Con posterioridad, habría que esperar hasta el año 1960, en el que la empresa “Union Carbide”
desarrolló un procedimiento industrial de obtención de fibras continuas de carbono de altomódulo de
Young a partir de fibras de rayón.

En 1963. El Ministerio de Defensa de Reino Unido patenta un sistema de fabricación de fibra de
carbono.

En 1966 se consiguió obtener fibras de carbono de alto módulo y tensión de ruptura a partir de fibras
de PAN (Poliacritolitrilo). En esta época también se desarrollaron fibras de carbono obtenidas a partir de
breas de carbón y petróleo, y deresinas fenólicas, sin embargo estas fibras de carbono presentan
propiedades mecánicas inferiores y se comercializan como fibras de carbono de uso general.

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Fibra de Carbono

En 1981. McLaren presenta el primer coche de Fórmula 1 construido con fibra de carbono - el MP4 /
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En 1991. Último gran fabricante británico de fibra de carbono, Courtaulds, finalizala producción.

En la década de los 80 se prepararon fibras de carbono a partir de breas de mesofase de ultra-alto
modulo elástico para su utilización en un número limitado de aplicaciones que requieren fibras de muy
altas prestaciones.

Y en 2007. Boeing presenta el Dreamliner - el primer avión principalmente construido con materiales
compuestos. [16]

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FABRICACIÓN Y CONFORMADO

PREPARACIÓN DE LAS FIBRAS

Aunque existe una gran variedad de fibras de carbono basadas en los distintos precursores, procesos
químicos y tecnológicos, su preparación conlleva las siguientes etapas comunes:

•

1º: Hilado de fibras a partir de una disolución o fundido.

•

2ª Estabilización de las fibras hiladas mediante peroxidación oestabilización térmica, para
evitar que la fibra se funda en el posterior proceso de carbonización.

•

3º Carbonización en atmosfera inerte (entre 1200ºC y 1400ºC)

Con estas etapas se obtienen las denominadas fibras de carbono de uso general (FCUG).

Para obtener fibras de carbono de altas prestaciones (FCAP), fibras de carbono conductoras (FC) es
necesario someter las fibras de carbonoa tratamientos térmicos adicionales a temperaturas que pueden
variar entre los 2000C y los 3000ºC. En muchos casos también es necesario someter las fibras a un
tratamiento superficial (generalmente de oxidación que generan grupos superficiales oxigenados en la
superficie de las fibras que aumentan su mojabilidad) para mejorar la adhesión a la matriz. [16]

PREPARACIÓN DE MATERIALES...