Propiedades De Los Materiales

FIBRA DE CARBONO

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Índice

1- Introducción

2- A que material pertenece, composición y estructura interna

3- Propiedades

3.1 Comportamiento

4- Usos/aplicaciones

5- Impacto ambiental

6- Procesos de fabricación

6.1 Costos

7- Disponibilidad y factibilidad

8- Prestaciones

9- Ventajas y desventajas (comparación con otros materiales)

11- Conclusión

12- Bibliografía

13- Galería fotográfica

1- Introducción

En siguiente trabajo se estudiaran las fibras de carbono, como está compuesto, su estructura interna, sus propiedades, como se comporta y por qué lo hace de esa manera, sus aplicaciones y usos, que impacto ambiental causa, sus procesos de fabricación y sus costos, entre otras cosas propias del material.

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 tenía una 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.

2- A qué tipo de material pertenece, composición y estructura interna

La fibra de carbono es considerada un material compuesto de índole no metálico y de la clase de los polímeros...

Los materiales compuestos, son materiales hechos con dos o más componentes con diferentes propiedades físicas o propiedades químicas que se mantienen separados y distintas en un nivel macroscópico dentro de la estructura terminada.

Los materiales compuestos de fibra reforzados pueden ser divididos en dos categorías principales que normalmente se denomina material de fibra reforzada orta y fibra reforzada continúa.

Composición

La fibra de carbón es un filamento largo y delgado de 0.0002-0.0004 pulgadas (0.005-0.010 mm) de diámetro y compuesto principalmente de átomos de carbono. Los átomos de carbón se enlazan en cristales microscópicos que están más o menos alineados paralelamente al eje largo de la fibra. La alineación del cristal hace a la fibra increíblemente fuerte para su tamaño. Varias miles de fibras de carbón son retorcidas juntas para formar un hilo, que puede ser usado por sí solo o como tejido de una tela. El hilo o tejido es combinado con un epóxido y se adhiere o moldea para dar forma a varios tipos de materiales compuestos. Los materiales compuestos de fibra de carbón reforzada se utilizan para hacer piezas de aviones y de naves espaciales, partes de autos de carreras, armazón para bicicletas, cañas de pescar, resortes automotrices, mástiles de barcos de vela y muchos otros componentes donde es necesario un material ligero y de alta resistencia.

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 de superficie 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 72.5-145 millones 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, sus propiedades 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.

Estructura

Su estructura puede ser cristalina, amorfa o semi-cristalina. La estructura más generalizada es la cristalina que lleva una estructura de cristal del grafito (FIG.1), esta consiste en una hibridación sp2 de los ´átomos de carbono. Los ´átomos de carbono dentro de una capa están por medio de enlaces covalentes proporcionados por la deslocalización de los orbitales Pz. Esta deslocalización crea un grafito con buena conductividad térmica y eléctrica en el plano x-y.

Estructura cristalina del grafito.

3- Propiedades

Las propiedades principales de este material compuesto son:

• Muy elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado.

• Baja densidad, en comparación con otros materiales como por ejemplo el acero.

• Elevado precio de producción.

• Resistencia a agentes externos.

• Gran capacidad de aislamiento térmico.

• Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable.

Las razones del elevado precio de los materiales realizados con fibra de carbono se deben a varios factores:

• El refuerzo, fibra, es un polímero sintético que requiere un caro y largo proceso de producción. Este proceso se realiza a alta temperatura -entre 1100 y 2500 °C- en atmósfera de hidrógeno durante semanas o incluso meses dependiendo de la calidad que se desee obtener, ya que pueden realizarse procesos para mejorar algunas de sus características una vez se ha obtenido la fibra.

• El uso de materiales termoestables dificulta el proceso de creación de la pieza final, ya que se requiere de un complejo utillaje especializado, como el horno autoclave.

3.1 Comportamiento

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 entrecruzan. El grafito es un material cristalino en donde las hojas se sitúan paralelamente unas a otras de manera regular. Las uniones

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