Materiales Fibra de carbono





PROCESO DE FABRICACIÓN
Este polímero se obtiene de calentar sucesivamente a altas temperaturas (hasta 1500 °C) otro polímero llamado poliacrilonitrilo. Este proceso de recalentamiento da lugar a la formación de unas cintas perfectamente alineadas de casi carbono puro en su forma de grafito, por ello su nombre de fibras de carbono. Aunque su aplicación en nuestro medio es reciente, el uso deesta fibra no es una novedad en el mundo: hace más de 30 años se viene aplicando en la industria aeroespacial y manufacturera de productos de bajo peso, alta resistencia a la tensión y anti-corrosivos, presentando innumerables ventajas en el campo de la construcción.[2] Cuando se calienta en las condiciones adecuadas, estas cadenas se unen una al lado de la otra, formando estrechas láminas degrafeno que con el tiempo se unen para formar un solo filamento cilíndrico. El resultado es generalmente 93-95% de carbono. Una baja calidad de fibra se pueden fabricar con brea de mesofase o rayón como precursor en lugar de PAN.
SINTESIS
El 1º paso es estirar las fibras de PAN y darles la orientación molecular requerida para que puedan tener estabilidad dimensional y de esta manera evitar que sefundan en el siguiente proceso. En el 2º paso, se oxida el polímero a 200-300 ºC en aire, un proceso que añade oxígeno a la molécula de PAN y crea la estructura hexagonal. El polímero que antes era blanco, ahora es negro.

3º paso: Carbonización. una vez que las fibras han adquirido estabilidad, son sometidas a temperaturas superiores a los 1.000ºC bajo una atmósfera inerte. Durante este periodo decalentamiento los átomos de nitrógeno e hidrógeno desaparecen y los anillos hexagonales de carbono puro se orientan a lo largo de toda la longitud del hilo. (fibras de resistencia media) Para conseguir una fibra de alta resistencia se recurre al mismo tratamiento térmico de carbonización pero ahora el PAN se calienta a 2000-2500 ºC en atmósfera sin oxígeno, se alinean las cadenas del polímerohasta formar hojas de grafeno, cintas delgadísimas, bidimensionales con una resistencia a la tracción de 5.650 N/mm2.



4º paso. Grafitización: es un nuevo tratamiento de calentamiento a temperaturas, por encima de 2000ºC, el tamaño de los cristales de carbono aumenta y mejora la orientación de los anillos en la fibra. Si calentamos el PAN a 2500-3000 ºC conseguimos la resistencia máxima de la FC:531.000 N/mm2. Una vez la resina curada, endurecida, hay que darle forma mecánicamente, para conseguir el producto acabado.

5º Tratamiento de superficie: finalmente, la fibra pasa a través de una cámara donde se le aplica un producto catalizador que promueve la adhesión de la fibra a la resina. Ahora es el momento de tejer la fibra, para formar láminas y tubos, que serán luego impregnados en unaresina epoxi en un molde.







ESTRUCTURA
La estructura atómica de la fibra de carbono es similar a la del grafito, que consiste en láminas de átomos de carbono (láminas de grafeno) dispuestos siguiendo un patrón hexagonal regular. La diferencia radica en la forma en que se vinculan las láminas. El grafito es un material cristalino en el cual las láminas se apilan paralelas entre sí de maneraregular. Las fuerzas intermoleculares entre las láminas son relativamente débiles (fuerzas de Van der Waals), dando al grafito sus características blandas y quebradizas.
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.
La densidad de la fibra de carbonoes de 1.750 kg/m3. Es conductor eléctrico y de alta conductividad térmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace más grueso y corto.
Su densidad lineal (masa por unidad de longitud, con la unidad * 1 tex = 1 g/1000 m) o por el número de filamentos por yarda, en miles.






TIPOS DE FIBRA.
Hay varios tipos de fibras, dependiendo de las diferentes temperaturas de calentamiento que se le...