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7/23/2019 reforzamiento con fibra de carbono.docx

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La fbra de carbono, un material para el siglo 21

La fbra de carbono es el desarrollo ms reciente en el campo de los materialescompuestos siguiendo la idea de que uniendo fbras sintticas con varias resinas, sepueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos.

La fbra de carbono (FC) se desarroll inicialmente para la industria espacial, peroa!ora, al bajar de precio, se !a e"tendido a otros campos# la industria del transporte,aeronutica, al deporte de alta competicin y, $ltimamente encontramos la FC !astaen carteras de bolsillo y relojes.La FC est compuesta por muc!os !ilos de carbono en %orma de !ebra. &"istenmuc!as clases de FC con propiedades diversas, adaptadas a muc!as aplicaciones.

'ara !acernos una idea, basta comparar la FC con el acero#

Caracterstica FC cero

*d. de resistencia a la traccin +, -,+

esistencia especfca /,0 0,-1

2ensidad -,1 1,3

4u resistencia es casi + veces superior a la del acero, y su densidad es 5, veces menor.

&n cuanto a mdulo de elasticidad !ay una amplia gama de FC desde /50 !asta 500.

6tras propiedades muy apreciables en la fbra de carbono son la resistencia a lacorrosin, al %uego e inercia qumica y la conductividad elctrica. nte variaciones detemperatura conserva su %orma.

&s un caso com$n de metonimia, en el cual se le da al todo el nombre de una parte# elnombre de las FC que re%uer7an la matri7 de resina.

La fbra de carbono es un polmero convertido en fbra. &n la mayora de los casos, lasFC permanecen como carbn no gra%tico. &l trmino fbra de grafto solo est

justifcado, cuando las FC !an sido sometidas a un tratamiento trmico de grafti7acin(/0008+000 9C),que les confere un orden cristalino tridimensional, observablemediante rayos :.

La cristalogra%a de rayos : nos permite conocer la estructura e"acta de cada tipo deFC. ;os resulta e"tra


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La fbra de grafto cristali7a en el sistema e"agonal,el panal de abeja. La mayora de lasfbras no son de grafto sino de carbono,obtenidas a menor temperatura.

Examinar la fbra de carbono es estudiar elcarbono

&s sin duda el ms verstil de los elementos que conoce el !ombre, como podemosver por el !ec!o de que es la base de la vida en el planeta. &l carbono %orma parte detoda la qumica orgnica y de /0 millones de molculas conocidas, de las cuales el 13por ciento las clasifcamos como orgnicas.&l tomo de carbono tiene = electrones, con la particularidad de que puede %ormar 5

enlaces covalentes con otros tomos, con lo cual adquiere una geometra detetraedro, que nos recuerda al diamante.

&l carbono se puede combinar con muc!os elementos como# ;, 4, 6, Cl, >r y ' que sonestables termodinmicamente, y con otros tomos de carbono con uniones muy%uertes (el diamante) y puede %ormar cadenas de carbonos de gran longitud.

Sntesis de la fbra de carbono

?n mtodo com$n de obtener flamentos de carbono es la o"idacin y pirlisis trmicadel '; (poliacrilonitrilo), un polmero usado para crear muc!os materiales sintticos.

Como todos los polmeros, el '; %orma largas cadenas de molculas, alineadas para!acer el flamento continuo. Cuando se caliente el '; en correctas condiciones detemperatura, las cadenas '; se juntan lado a lado, para %ormar cintas de gra%eno.&l precursor ms usado para obtener la fbra es el '; (poliacrilonitrilo).&s el resultadode los trabajos de 4!indo, a principio de los aacon y 4inger en &&.??..

;ormalmente se me7cla el '; con algo de metil acrilato, metil metacrilato, vinilacetato y cloruro de vinilo.

&l '; o su copolmero es !ilado utili7ando la tcnica de !ilado !$medo. ambin se

emplea la tcnica de !ilado %undido a veces. &l primer paso es estirar el polmero de%orma que quede paralelo a lo que ser el eje de la fbra y se o"ida a /008+00 9C en


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aire, un proceso ,que a


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La naturale7a nos da lecciones en el uso de materiales compuestos.

Graftizacin4i calentamos el '; a /008+000 9C conseguimos la resistencia m"ima de la FC# +-000 ;Hmm/.!ora es el momento de tejer la fbra, para %ormar lminas y tubos, que sern luegoimpregnados en una resina epo"i en un molde. ?na ve7 la resina curada, endurecida,!ay que darle %orma mecnicamente, para conseguir el producto acabado, porejemplo# la pala de una !lice. Iay varios tipos de fbras, a partir de las temperaturasde tratamiento#

La fbra de alto mdulo&s la ms rgida y requiere una temperatura mayor de tratamiento. 4u mdulo deelasticidad supera los +00 y aun los 00 J'a. *ejor todava, el monocristal de Kgraftotiene un mdulo de -00 J'a. &l mdulo de elasticidad +30 J'a es 10 veces superioral de las aleaciones de aluminio.

La fbra de alta resistencia a la traccin

4e carboni7a a la temperatura que da mayor resistencia a traccin, con valoressuperiores a +00 J'a.

La fbra estndar

&s la ms econmica y de estructura istropa. La rigide7 es menor que en lasanterioresM la temperatura de tratamiento es ms baja. 4e comerciali7a como fbrascortas.

La fbra de carbono actiada

iene una velocidad de adsorcin -00 veces superior a la de los carbones clsicos

activados. 4e obtiene mediante carboni7acin y activacin %sica y qumica de distintos


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precursores# breas, rayn, poliacetatos, etc. 'resenta una gran superfcie especfca ytamaoeing :8+/.&s %cil ver que !ay muc!a mano de obra especiali7ada. Cuanto ms intensas son lascargas que soportar el producto, por ejemplo# una pala de !elicptero, mayorcuidado pondremos en alinear correctamente la direccin de la fbra.Finalmente calentar la pie7a, o curarla al aire. &"puesta al agua no su%rir corrosin, yes muy %uerte en comparacin con lo poco que pesa.


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4i en el molde !ay burbujas de aire, la resistencia fnal quedar reducida.

Las matrices son termoestables o termoplsticas.

La fbra no se usa por s misma, sino para re%or7ar matrices, por ejemplo# la ya citadaresina epo"y u otros plsticos termoestables. &n algunas aplicaciones la matri7 es

termoplstica.

Los termoestables

&stos polmeros son plsticos que curados por calor, u otros medios, se trans%ormanen un producto in%usible e insoluble. 4on los ms usados (el 30 por ciento) en loscomposites estructurales.&l = por ciento de las matrices termoestables son polisteres insaturados.

La mayor ventaja del termoestable es que tienen una viscosidad muy baja, y sepueden introducir en las fbras a baja presin.

La impregnacin de las fbras inicia el curado qumico, que produce una estructuraslida, es un proceso reali7ado isotrmicamente. &l reciclado, en la prctica, no esposible.

Los termoplsticos

&l termoplstico es capa7 de ser ablandado repetidas veces por accin del calor, yendurecido por en%riamiento. 4e puede reciclar con %acilidad, lo cual es muyimportante en el sector del automvil. 4u resistencia al impacto es e"celente.Los termoplsticos aportan la ventaja de que el moldeo no es isotrmico, es decir# elplstico caliente y %undido se introduce en el molde %ro, y as se logran ciclos muycortos en tiempo.

'ero los termoplsticos polimeri7ados %undidos suelen tener viscosidades entre 00 y-000 veces superiores a los termoestables. &l proceso requiere pues altas presiones yaumento de costes.

Oltimamente !ay el proceso de monmero lquido. La ventaja del monmero lquidotermoplstico (por ejemplo, '> de Cyclics) consiste en que se procesaisotrmicamente (inyeccin, polimeri7acin, cristali7acin y desmoldeo a la mismatemperatura), como si %uera un termoestable.

KIilo !brido es el $ltimo mtodo de procesar termoplsticos# se introduce elpolmero en %orma slida, como polvo o fbra y se consigue que se me7cle con lasfbras de carbono. &l !ilo !brido se convierte en tejido, u otras %ormas te"tiles, seaplica sufciente calor y presin, el termoplstico se %unde y llena la corta distancia quele separa de la fbra de carbono. continuacin se en%ra la pie7a impregnada ylogramos el material compuesto slido.

&l molde a presin o KLa bolsa de vaco es e"celente para productos de calidad# elmolde de la regata de vela, con sus telas de FC impregnadas es introducida en unabolsa de paredes impermeables y e"traemos el vaco. Las paredes e"ibles de la bolsa

presionan %uertemente el casco, y eliminamos las burbujas de aire. La inter%ase tela FCy la resina queda tambin mejorada.


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La fbra milagrosa

La sociacin japonesa de %abricantes de FC la llaman# KLigera en peso, %uerte yduradera. Bndudablemente tiene un gran porvenir industrial, incluso %uera del reaaeronutica8espacial. &s el material tecnolgico del siglo ::B, precursor de los

nanomateriales. 2e alto precio, pero con tendencia a bajar.>aja densidad, e"quisitas propiedades mecnicas, elctricamente conductora, de altomdulo elstico y de traccin, resistente al calor, baja e"pansin trmica, estabilidadqumica, trmicamente conductora y adems permeable a los rayos :, una propiedadimportante en el equipamiento mdico.

La industria de transportes,en especial la aeroespacial lleva dcadas buscandomateriales compuestos (CHC), para sustituir al metal. &l objetivo es disminuir el peso deve!culo y aumentar la efcacia.

La industria de satlites y de aviones militares lleva la delanteraM el alto precio de los

CHC no es un inconveniente.

@oint 4triGe Fig!ter es el mayor es%uer7o en tecnologa aeronutica jams reali7ado,queutili7a la FC al m"imo.Foto >oeing :8+/.

El #$%2&, de 'oeing, es un excelente e(emplo

&n los aviones comerciales ya se !a llegado a un -08/ por ciento del peso total de laaeronave. 'or primera ve7 >oeing nos o%rece a!ora el 1D1, para /0 asientos, con 0por ciento del peso en CHC, principalmente de fbra de carbono (FC).&n artculos de deporte# caoeing. 4eattle./00=.


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P Bbarra, B. *ateriales compuestos de matri7 elastomrica termoplstica. . de 'lsticos*odernos, diciembre /00.

P *allicG, '. S. Fiber8rein%orced composites. *arcel 2eGGer, Bnc. /005.

P *iravete, . Iacia la fbra de carbono. *ateriales de construccin, Nol. -, julio8

diciembre /00-.

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