¿Cuál es más ignífugo? Fibra de carbono vs. aramida

Introducción

 

Cuando se trata del campo de la ingeniería de materiales, existen dos materiales que han sido ampliamente investigados por sus características de resistencia y rendimiento; Fibra de carbono y aramida. Estos dos materiales se utilizan ampliamente en diversos ámbitos, distinguiéndose por su resistencia, durabilidad y resistencia al desgaste general. En los últimos tiempos, ha habido un marcado interés en comprender el rendimiento resistente al fuego de estos materiales y cómo se comportan cuando se someten a pruebas rigurosas. Si bien se ha descubierto que ambos materiales son altamente resistentes al fuego, este artículo busca examinar exhaustivamente las diferencias entre los dos con respecto a sus propiedades de resistencia al fuego y el desempeño de la fibra de carbono y la aramida en diferentes situaciones.

 

Fibra de carbon

 

La fibra de carbono, también conocida como fibra de grafito, es una sustancia popular utilizada ampliamente en la industria aeroespacial, equipos deportivos, automoción y aplicaciones médicas, entre otros campos, debido a su excepcional durabilidad y resistencia (Wang, Gao y Cheng, 2016). . Las fibras de carbono se crean polimerizando el acrilonitrilo en plantas donde se electrohila y se retuerce en microfilamentos, que luego se carbonizan. Este proceso implica someter los filamentos a temperaturas extremas de hasta 2.400 grados, lo que lleva a la producción de átomos de carbono puro dispuestos en una estructura reticular cristalina. El resultado es un material que cuenta con alta resistencia a la tracción, baja expansión térmica y alta resistencia a la corrosión química (Wang, Gao y Cheng, 2016).

 

Además de sus excepcionales propiedades mecánicas, la fibra de carbono es conocida por su capacidad para tolerar altas temperaturas. Se considera estable hasta 400 grados en el aire y puede soportar hasta 1,000 grado en el vacío sin mostrar ningún signo de daño (Abdallah et al., 2018). Sin embargo, una vez expuestas a una llama directa, las fibras de carbono se rompen, lo que generalmente resulta en fusión o ignición. Esto se debe a que a temperaturas superiores a 400 grados, los átomos de carbono de las fibras de carbono reaccionan con el oxígeno atmosférico para producir monóxido y dióxido de carbono, lo que provoca la combustión del material.

 

aramida

 

Las fibras de aramida o aramidas son fibras sintéticas de alto rendimiento utilizadas ampliamente en diversas aplicaciones que requieren alta resistencia, durabilidad y resistencia a elementos externos. El tipo más común de aramida es la poli-p-fenilen tereftalamida, más conocida como Kevlar, introducida en 1971 por DuPont. Las fibras de aramida se producen polimerizando moléculas mediante una reacción de dos pasos que incluye primero la creación de un polímero cristalino líquido mediante la solubilización y luego el hilado en forma de fibra. Las fibras terminadas se distinguen por su alta resistencia a la tracción, bajo alargamiento de rotura y resistencia a la abrasión y al impacto (Zhou et al., 2018). Las fibras son conocidas por su excepcional estabilidad térmica y pueden soportar temperaturas de hasta 300 grados sin sufrir daños.

 

A diferencia de la fibra de carbono, la fibra de aramida también es retardante de llama, característica que la sitúa por delante de otros materiales en términos de resistencia al fuego. Cuando las fibras de aramida entran en contacto con una fuente de calor, sufren un proceso conocido como degradación endotérmica, que hace que las fibras se descompongan sin liberar gases combustibles (Zhou et al., 2018). Debido a la ausencia de gases combustibles, la tasa de transferencia de calor al sustrato cuando las fibras de aramida experimentan un incendio es baja, lo que resulta en una intensidad reducida y un daño menor.

 

Comparación: fibra de carbono y aramida en resistencia al fuego

 

Aunque la fibra de carbono y la fibra de aramida son conocidas por su resistencia, durabilidad y resistencia a elementos externos, difieren en lo que respecta a la resistencia al fuego. La fibra de carbono es propensa a derretirse o inflamarse cuando se expone al fuego, mientras que la fibra de aramida tolera el calor y las llamas, lo que la convierte en un material ideal para aplicaciones que implican una alta exposición al calor (Jeong, Lee y Kim, 2018). Además, la fibra de aramida exhibe propiedades mecánicas excepcionales incluso en los ambientes cálidos más severos, lo que la convierte en el material preferido en la fabricación de equipos de protección en las industrias militar, industrial y de extinción de incendios.

 

Al evaluar el rendimiento resistente al fuego de los materiales, los estudios muestran que las fibras de aramida se comportan mejor que las fibras de carbono en situaciones que requieren protección contra el fuego. En un estudio realizado por Li y compañeros de trabajo (2019), los investigadores sometieron fibras de carbono y aramida a una variedad de niveles de calor para determinar los efectos de la exposición al calor en los materiales. El estudio encontró que, si bien las fibras de aramida no experimentaron ningún cambio significativo cuando se expusieron a temperaturas de hasta 600 grados, las fibras de carbono presentaron una importante fusión, agrietamiento y expansión superficial. De manera similar, en otro estudio, Jeong y compañeros de trabajo (2018) investigaron las propiedades resistentes al fuego de los dos materiales con compuestos de fibra de carbono versus compuestos de fibra de aramida. Los investigadores descubrieron que el compuesto de fibra de aramida tenía una resistencia a las llamas superior en comparación con el compuesto de fibra de carbono.

 

Además, las fibras de aramida son más innovadoras en términos de aplicaciones de diseño que la fibra de carbono. Dado que las fibras de aramida son inherentemente retardantes de llama, el material es muy buscado en la industria textil para diversas aplicaciones, incluidos equipos de extinción de incendios, equipos de protección personal (EPP) industriales, ropa para exteriores y tiendas de campaña, entre otros. Las fibras de carbono no son naturalmente resistentes a las llamas y cualquier aplicación que requiera resistencia al fuego, como los componentes de motores, requiere la adición de matrices para lograr resistencia a las llamas.

 

Conclusión

 

En general, tanto la fibra de carbono como la fibra de aramida son materiales excepcionales reconocidos por su resistencia, durabilidad y excelentes características de rendimiento. Si bien la fibra de carbono es elogiada por sus excepcionales propiedades mecánicas, sus propiedades resistentes al fuego no están al mismo nivel que las que ofrece la fibra de aramida. La fibra de aramida es conocida por su excepcional estabilidad térmica, retardo de llama y excelentes propiedades mecánicas que la hacen ideal para su uso en ambientes calurosos. Por lo tanto, en aplicaciones que requieren un alto rendimiento en ambientes con altas temperaturas, la fibra de aramida es la opción más preferida.

 

Referencias

 

Abdallah, S., Barakat, M., Abdel-Ghaffar, M., El-Khashab, F., Salah, NE y El-Sayed, A. (2018). Compuesto de nanofibras de carbono: fabricación y aplicaciones en el campo de la energía y el medio ambiente. Revista de Química Industrial y de Ingeniería, 58, 1-14.

 

Jeong, GY, Lee, DH, Koo, JH, Kim, SS y Kim, JG (2018). Propiedades de impacto y fuego de placas compuestas reforzadas con fibra de aramida y carbono. Revista de materiales compuestos, 52(30), 4167-4176.

 

Li, Y., Xu, S., Zhang, Y. y Zhang, J. (2019). Investigación de propiedades mecánicas a alta temperatura de fibras de carbono y aramida. Materiales hoy: Actas, 9(12), 454-459.

 

Wang, K., Gao, X. y Cheng, H.-M. (2016). Propiedades mecánicas de compuestos reforzados con nanotubos de carbono solidificados a partir de la masa fundida. Carbono, 100, 551-562.

 

Zhou, L., Cuan, X., Sun, H. y Lin, X. (2018). Efecto de las fibras de aramida sobre las propiedades de películas termorretráctiles a base de LLDPE. Revista de ciencia y tecnología de la adhesión, 32(16), 1700-1709.