LA fibra de carbono es un composite filamentoso, obtenido a partir de diversos tipos de materiales compuestos de carbono mediante descomposición térmica sin oxigenación, también conocida como pirólisis, que contiene pequeñas cantidades de materiales insertados en su estructura, como resinas, por ejemplo. Por su resistencia y baja densidad, se utiliza en la fabricación de naves espaciales, en la industria, en automóviles y en equipos utilizados en técnicas electroanalíticas.
Fibra de carbono. Foto: Elovich / Shutterstock.com
Aporta resistencia a plásticos y estructuras en construcción civil. Una característica importante en el uso de esta fibra es fundamental: no sufre corrosión, quizás esta sea su mayor ventaja sobre los metales, que ocasionalmente sufren oxidación.
Informes de investigadores afirman que Thomas Edison, el inventor de la lámpara, obtuvo este material de primera mano, mediante la descomposición térmica del algodón, en 1878, para obtener filamentos para sus lámparas incandescentes.
La explotación comercial de la fibra de carbono se inició en 1950, cuando “seda artificial”sin embargo, se concluyó que este material producía poco carbono, ampliando así el campo de investigación en torno a los materiales, llegando hasta el poliacrilonitrilo y la brea de petróleo, que actualmente se utilizan como materia prima en la obtención de los filamentos, debido a su alto contenido en carbono.
La mejora de este material se produjo durante los años 60, cuando Japón e Inglaterra utilizaron poliacrilonitrilo (PAN) en la producción de esta fibra. Hoy en día, la fibra de carbono tiene un impacto en los bienes de consumo, siendo utilizada en teléfonos celulares, zapatos, muebles, electrodomésticos, artefactos médicos, deportivos y dentales, está presente en prácticamente todos los bienes de consumo a nivel mundial, lo que inevitablemente aumenta la demanda del material. aumentando su producción y exigiendo nuevas técnicas a los investigadores en fabricación y, por supuesto, reduciendo el coste.
El algodón es una excelente fuente de carbono porque su composición es básicamente celulosa, tiene una cantidad razonable de carbono, ya que las fibras de carbono contienen alrededor del 90 al 91% del elemento. Sin embargo, existen materiales sintéticos y naturales que son más viables y tienen un costo menor.
El proceso de fabricación según el material puede variar:
- oxidación del material alrededor de 200ºC;
- carbonización del material de 1000ºC a 2000ºC en atmósfera inerte;
Obviamente este es un ejemplo rápido de un proceso, pero hay otros que se desarrollaron según el material a utilizar, como estirar las fibras bajo calor en un medio oxidante o donde el material se somete a deposición y electrodeposición de otros elementos con el objetivo de aumentar su resistencia.
Las estructuras de esta fibra sufren varias variaciones desde su descubrimiento, muchos investigadores han estado tratando de determinar una estructura adecuada. Sin embargo, para describirlo, la mayoría de estos grupos de científicos han llegado a la conclusión de que la estructura depende del material utilizado para la carbonización. Existen dos teorías formuladas al respecto, la primera enunciando una fibra formada por apilamiento de cintas de carbono y la segunda enunciando la formación a través de microfibras, que son la unión de varios conjuntos de cintas de carbono, siendo este modelo más aceptado y adecuado para la explicación de la fibras en función de su resistencia mecánica, térmica y de tensión. Las fibras de carbono tienen grupos funcionales en su superficie, lo que permite su uso como conductor electrolítico; los grupos van desde ácidos carboxílicos hasta aromáticos.
La clasificación de las fibras de carbono es bastante peculiar del material del que se obtienen. Son tipos I – Módulo alto II – Módulo medio y III – Módulo bajo. Los tipos se explican convenientemente utilizando la tabla siguiente.
| Tipo | Propiedades y caracteristicas |
| Módulo I-High | Obtenidos a partir de PAN y brea mesofásica, presentan resistencia mecánica y tensión, principalmente utilizados en la industria automotriz y en la investigación electroanalítica. |
| II- Módulo mediano | Obtenido principalmente de PAN, resistencia a la tracción, masa específica baja, comúnmente utilizado en la industria aeroespacial, autos de carrera y construcción civil. |
| III- Módulo bajo | Los obtenidos a partir del rayón y la brea isotrópica tienen menor resistencia principalmente a la mecánica, densidad ligeramente superior, se utiliza como relleno para plásticos y como aditivo para hormigón, con bajo costo. |
Los científicos en Alemania han estado utilizando láseres infrarrojos para fabricar fibras de carbono en lugar de someter las aleaciones a hornos de gran consumo energético. Este prometedor instrumento permitirá obtener el material de forma rápida y económica, sin inconvenientes como la formación de deformidades producto de las burbujas provocadas por la manipulación del material en presencia de aire, que acaban reduciendo la resistencia. Esta nueva tecnología promete fabricar fibras hasta 100 veces más resistentes que el acero, obviamente mucho más ligeras.
Bibliografía:
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-40421999000400018&script=sci_arttext.
FIBRA DE CARBONO – MC. Guilherme Wolf Lebrão-Centro Universitario del Instituto Mauá de Tecnologia-2008 – Revista Plástico Sul.
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=laser-infraRED-fibras–de-carbono&id=010170100406
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