Fibras Sintéticas y Especiales

¿Qué es? 

Es una fibra sintética constituida por finos filamentos de 5–10 μm de diámetro y compuesto principalmente por carbono. Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de carbono. Se trata de una fibra sintética porque se fabrica a partir del poliacrilonitrilo. Tiene propiedades mecánicas similares al acero y es tan ligera como la madera o el plástico. Por su dureza tiene mayor resistencia al impacto que el acero. 

 

 

 

 

Historia 

En 1958, Roger Bacon creó fibras de alto rendimiento de carbono en GrafTech International Holdings, Inc. Estas fibras se fabricaban mediante el calentamiento de filamentos de rayón hasta carbonizarlos. Este proceso resultó ser ineficiente, ya que las fibras resultantes contenían sólo un 20% de carbono y tenían malas propiedades de fuerza y ​ de rigidez. 

En la década de 1960, un proceso desarrollado por Akio Shindo de la Agencia de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología de Japón, con poliacrilonitrilo (PAN) como materia prima. Este había producido una fibra de carbono que contiene alrededor del 55% de carbono. 

Durante la década de 1970, los trabajos experimentales para encontrar materias primas alternativas llevaron a la introducción de fibras de carbono a partir de una brea de petróleo derivadas de la transformación del petróleo. Estas fibras contenían alrededor de 85% de carbono y tenía una excelente resistencia a la flexión. 

 

Proceso de fabricación 

 

El proceso de fabricación de la fibra de carbono comienza cuando los productores procesan materias primas en hebras finas de carbono. Comienzan con una base de alquitrán de hulla, que se utiliza para hacer productos de gama baja de fibra de carbono. Para productos de alta calidad, los fabricantes comienzan con un material de base de poliacrilonitrilo, que consiste en propileno y amoníaco. Después este material base se calienta múltiples veces, para cambiar drásticamente estructuras. Finalmente, el material se transforma en una cadena de moléculas de carbono.

 

Estas moléculas de carbono se mezclan con otros productos químicos y llevan acabo un proceso conocido como hilado en húmedo. Durante el hilado en húmedo, la mezcla de carbono líquido pasa a través de una matriz conocida como una tobera de hilatura, que cuenta con muchos pequeños agujeros. La hilera forma el material en largos filamentos delgados de carbono. Mediante la combinación de estos filamentos con epoxi u otras resinas, los fabricantes pueden producir CFRP.

 

Las fibras se calientan inicialmente a alrededor de 590°F (300°C) en aire y bajo tensión, en una etapa conocida como la oxidación, o la estabilización. Esto elimina las moléculas de hidrógeno a partir de las fibras y la convierte en una forma más estable mecánicamente. A continuación, se calientan a alrededor de 1830°F (1000°C) en ausencia de oxígeno en una etapa conocida como la carbonización. Esto elimina más material sin carbono, dejando a la mayoría de carbono.

 

En este vídeo se explica de manera detallada como se hace la fibra de carbono y algunas de sus propiedades que la caracterizan.

 

Propiedades

*Conductor electrico y de alta conductividad térmica. 

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

*Elevado precio de producción. 

*Resistencia a agentes externos. 

*Gran capacidad de aislamiento térmico. 

*Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma.

*Bajo peso.

*Alta resistencia.

*Dentro de un compuesto, la orientación de las propias fibras también es importante. En función de esto, el material puede ser más fuerte en una dirección determinada o igual de fuerte en todas las direcciones.

 

Usos

Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y automovilística, al igual que en barcos y en bicicletas, donde sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes. También se está haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patines en línea, raquetas de tenis, edificios, ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso en joyería