¿Qué es la fibra de carbono, exactamente?

Fibra de carbon es un polímero, también conocido como fibra de grafito. Es fuerte y liviano, cinco veces más fuerte que el acero y el doble de rígido. Aunque la fibra de carbono es más resistente, liviana y rígida que el acero, lo que la hace ideal para muchas partes, hay muchas otras razones por las que los ingenieros y diseñadores prefieren la fibra de carbono para la fabricación.

La fibra de carbono es un material que está hecho de filamentos de carbono delgados y fuertes. Cada filamento puede ser más delgado que un mechón de cabello humano y obtiene su fuerza cuando se retuerce como un hilo. Luego se puede tejer para formar una tela y, si es necesario, para que tome una forma permanente, la fibra de carbono se puede colocar sobre un molde y recubrir con resina o plástico.

Además de ser fuerte, la fibra de carbono es:

• Tiene mucha rigidez
• Tiene una alta resistencia a la tracción
• Tiene una baja relación peso-resistencia.
• Tiene una alta resistencia química.
• ¿Es tolerante a la temperatura al calor excesivo?
• Tiene baja expansión térmica

Debido a estas características, la fibra de carbono se usa ampliamente en muchas industrias, incluidas aplicaciones aeroespaciales, automotrices, militares y recreativas.

Una breve historia de la fibra de carbono

La fibra de carbono se remonta a 1879 cuando Thomas Edison carbonizó hilos de algodón y platas de bambú a altas temperaturas. En 1958, las fibras de carbono de alto rendimiento se inventaron en las afueras de Cleveland, OH. Aunque eran ineficientes, estas fibras contenían alrededor de un 20 % de carbono y tenían propiedades de baja resistencia y rigidez.

En 1963 se desarrolló un nuevo proceso de fabricación en un centro de investigación británico, y esto condujo al descubrimiento del potencial de resistencia de la fibra de carbono.

¿Cómo se fabrica la fibra de carbono?

Un vistazo rápido al proceso de fabricación de fibra de carbono:

La fibra de carbono se fabrica estirando hebras largas de fibras de carbono, calentándolas a una temperatura muy alta sin permitir el contacto con el oxígeno para evitar que se quemen y luego carbonizando las fibras. La carbonización es un proceso por el cual los átomos dentro de las fibras vibran violentamente, expulsando la mayoría de los átomos que no son de carbono. Esto deja una fibra compuesta de largas cadenas de átomos de carbono estrechamente entrelazadas con solo unos pocos átomos que no son de carbono restantes.

Una secuencia típica para fabricar fibras de carbono a partir de poliacrilonitrilo implica el hilado, la estabilización para que las fibras sean más duraderas, la carbonización, el tratamiento de la superficie y el apresto.

¿Para qué se puede utilizar la fibra de carbono?

Podemos hacer casi cualquier cosa con fibra de carbono. Si quieres un vaso de pinta de fibra de carbono, no hay problema. Hemos hecho muchas formas diferentes con materiales compuestos y de aluminio, que incluyen:

• Cuadros de bicicleta
• Alas de aviones
• Ejes de transmisión de automóviles
• Tubería
• Contenedores
• Palas de hélice
• Componentes del coche

Según el sitio web del Departamento de Energía, un artículo en energy.gov, los compuestos de fibra de carbono podrían reducir el peso de un automóvil de pasajeros en un 50 %, mejorando así su eficiencia de combustible en casi un 35 % sin comprometer ni su rendimiento ni la seguridad de sus pasajeros.

Aquí hay algunas preguntas frecuentes sobre la fibra de carbono:

1. ¿La fibra de carbono es metal o plástico?

La fibra de carbono es un polímero, es decir, está hecha de largas cadenas de moléculas que están unidas entre sí. A veces también se le llama fibra de grafito porque está hecha de átomos de carbono y de la misma sustancia que se encuentra en la mina de un lápiz. La fibra de carbono es muy resistente y muy ligera, por lo que se utiliza de muchas formas diferentes, desde piezas aeroespaciales hasta varillas de palos de golf. ¡Es cinco veces más fuerte que el acero, pero el doble de rígido!

2. ¿Cuál es el precio de la Fibra de Carbono?

El precio de la fibra de carbono de grado aeroespacial actualmente oscila entre $80 y $120 por libra. En otras aplicaciones industriales, de artículos deportivos y de energía eólica, el precio oscila entre $10 y $20 por libra.

3. ¿Por qué se usa fibra de carbono en los automóviles?

La fibra de carbono es un material más fuerte que el acero pero también es más ligero. En el mundo del automóvil, es ideal porque reduce el peso del vehículo sin dejar de soportar el estrés de las carreras a altas velocidades. Desde hace muchos años, los superdeportivos e incluso algunos autos deportivos caros utilizan fibra de carbono como material de construcción principal.

4. ¿Se agrieta fácilmente la fibra de carbono?

¡Sí! Esto se debe a que la fibra de carbono tiene una increíble relación rigidez-peso, pero es bastante frágil y propensa a partirse o agrietarse.

5. ¿La fibra de carbono es dañina para los humanos?

Sin embargo, sabemos que inhalar polvo de fibra de carbono es dañino. La exposición al polvo puede causar cáncer de pulmón, mesotelioma y asbestosis. El hecho de que no sea tan malo como el asbesto no significa que sea seguro. Sin embargo, los riesgos potenciales conocidos para la salud son lo suficientemente graves como para justificar la protección.

6. ¿La fibra de carbono se derrite con el fuego?

La fibra de carbono es tan estable que sería difícil quemarla. Si se calienta a 750 grados, se quemará lentamente siempre que se le aplique una fuente de combustible ardiente. Pero incluso en este punto, el fuego se apagará tan pronto como se elimine la fuente de combustible.

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Referencias

[1] ^ ScienceDirect: fibra de carbono: una descripción general

[2] ^ Zoltek: ¿Cómo se fabrica la fibra de carbono?