Fibra de carbono

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HISTORIA

Las primeras fibras de carbono utilizadas industrialmente a partir de la carbonización de filamentos de fibras de bambú carbonatadas se deben a Edison y fueron empleadas en la preparación de lámparas incandescentes (1879).

Roger Bacon en 1958 crea fibras de alto rendimiento fabricadas mediante la carbonización de filamentos de rayón. El proceso fue ineficiente ya que las fibras resultantes sólo contenían un 20% de carbono lo que suponía poca resistencia y rigidez.

En 1960 la empresa Union Carbide desarrolla un procedimiento industrial de obtención de fibras continuas de carbono a partir de fibras de rayón, con alto módulo de Young.

En 1966 se consiguió obtener FC de alto módulo y tensión de rotura a partir de fibras de PAN con un 50% de carbono. También se desarrollan FC a partir de breas de carbón y petróleo con un 85% de carbono, sin embargo, presentan propiedades mecánicas inferiores.

En 1981 Mc Laren presenta el primer coche de F1 construido con fibra de carbono.

En 2007 Boeing presenta el primer avión construido principalmente con materiales compuestos.

EL MATERIAL

Material compuesto no metálico de tipo polimérico y sintético, producto de síntesis químicas (obtención de compuestos a partir de sustancias más simples).

Morfología fibrosa en forma de filamento largo y delgado (0,005-0,010mm de diámetro) y compuesto en su mayor parte por átomos de carbono con hibridación sp2 (forma 3 enlaces covalentes en el mismo plano con ángulo de 120º, dando estructura hexagonal). Varios miles de fibras de carbono entrelazadas forman un hilo.

Estructura atómica anisótropo, similar a la del grafito consistente en láminas de átomos de carbono dispuestos siguiendo un patrón hexagonal regular. La diferencia está en la manera en que se unen las láminas, que en el grafito se apilan paralelas de manera regular dado su carácter cristalino, creando fuerzas intermoleculares (Van der Waals) débiles. En la FC derivadas de PAN (poliacrilonitrilo) las láminas se apilan de forma irregular creando grandes fuerzas.

PRODUCTOS DERIVADOS

En los tejidos, la matriz de resina epoxi se aplica en obra. Las fibras ofrecen mejores propiedades cuando se entretejen en la dirección de las tensiones debido a su estructura anisótropa.

En el caso de barras y laminados de fibra de carbono, la matriz de resina se aplica previamente a su comercialización.

PROPIEDADES

  • CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS
    Curva tensión-deformación lineal hasta rotura (comportamiento elástico-lineal frágil). La resistencia a tracción es hasta 10 veces mayor que el acero.
    Elevada resistencia mecánica debido a un módulo elástico muy elevado.
    Resistencia a variaciones de temperatura, conservando su forma, con matriz termoestable.
  • ESTRUCTURA FÍSICA
    – Material anisótropo debido a su estructura laminar molecular: algunas propiedades del material varían según la dirección de las fibras.
    – Baja densidad, pesa 5 veces menos que el acero.
    – Durabilidad: Resistencia a agentes externos y por tanto, ausencia de corrosión.

BIBLIOGRAFÍA

Trabajo desarrollado para la asignatura “Nuevos materiales y sistemas para la ejecución” de la ETSArquitectura de Coruña durante el curso 2013/2014. Realizado por Miriam Fuentes Sanz.

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