¿Cómo se fabrica la fibra de carbono?
También llamada fibra de grafito o grafito de carbono, la fibra de carbono está hecha de hilos muy delgados del elemento carbono. Las fibras de carbono tienen una alta resistencia a la tracción y son muy fuertes para su tamaño. También es un material muy ligero.
Cada fibra tiene {{0}} micras de diámetro. Para dar una idea de lo pequeño que es, una micra es 0,0001 milímetro. Una hebra de seda de tela de araña tiene entre 3 y 8 micrones.
Características y aplicación
Las fibras de carbono son dos veces más rígidas y cinco veces más fuertes que el acero. Otra característica es que son altamente resistentes químicamente y tienen tolerancia a altas temperaturas con baja expansión térmica.
Las fibras de carbono son materiales de ingeniería importantes cuando se trata de construir aviones, vehículos de alto rendimiento, equipos deportivos e instrumentos musicales, entre muchas otras cosas.
Cómo se fabrica la fibra de carbono
La fibra de carbono está hecha de polímeros orgánicos. Estos polímeros consisten en largas cadenas de moléculas unidas por átomos de carbono. Alrededor del 90 por ciento de las fibras de carbono están hechas de un proceso de poliacrilonitrilo (PAN). El 10 por ciento restante está hecho de rayón o proceso de brea de petróleo.
Los gases, líquidos y otros materiales utilizados en el proceso de fabricación crean ciertos efectos, cualidades y grados de fibra de carbono. La fibra de carbono de grado más alto con las mejores propiedades de módulo se utiliza en aplicaciones exigentes, como la industria aeroespacial.
Los fabricantes de fibra de carbono se diferencian entre sí por las combinaciones de materias primas que utilizan. Por lo general, tratan sus formulaciones específicas como secretos comerciales.
Proceso de manufactura
En el proceso de fabricación, las materias primas, llamadas precursores, se transforman en largas hebras de fibras. Luego, las fibras se tejen en tela. También se pueden combinar con otros materiales que se enrollan en filamentos o se moldean en las formas y tamaños deseados.
El proceso de fabricación es el siguiente:
Hilado. PAN se mezcla con otros ingredientes y se hila en fibras, que se lavan y se estiran.
Estabilizador. Alteración química para estabilizar la unión.
Carbonización. Fibras estabilizadas calentadas a una temperatura muy alta para formar cristales de carbono estrechamente unidos.
Tratamiento de la superficie. La superficie de las fibras se oxida para mejorar las propiedades de unión.
Dimensionamiento. Las fibras se recubren y enrollan en bobinas. Estos luego se cargan en máquinas de hilar que tuercen las fibras en hilos de diferentes tamaños.
En lugar de tejerse en telas, las fibras pueden transformarse en compuestos. Para formar materiales compuestos, se puede usar calor, presión o vacío para unir las fibras con un polímero plástico.
Cosas a tener en cuenta
La fabricación de fibras de carbono conlleva una serie de desafíos, que incluyen:
La necesidad de una recuperación y reparación más rentable.
El proceso de tratamiento de la superficie debe ser cuidadosamente regulado para evitar la creación de hoyos que podrían resultar en fibras defectuosas.
Se requiere un control estricto para garantizar una calidad uniforme.
Arcos y cortocircuitos en equipos eléctricos debido a la fuerte electroconductividad de las fibras de carbono.
Cuestiones de salud y seguridad, entre las que destacan irritación de la piel y problemas respiratorios.
