4 February, 2023 Revista Digital sobre Patentes, Marcas y Propiedad Intelectual

Fibra de carbono, el material versátil y sus aplicaciones de vanguardia

Fuente: KILIAN SKOOGH, Carbosystem,  www.carbosystem.com, Ca l’Alegre de Dalt 55, Barcelona,  España, [email protected]

 

La fibra de carbono o fibrocarbono es un material relativamente nuevo formado por fibras de entre 50 y 10 micras de diámetro y compuesta por átomos de carbón, principalmente, unidos entre sí en cristales más o menos alineados unos con otros en paralelo al eje longitudinal de la fibra, lo cual la dota de una alta resistencia en función del volumen. Varios miles de fibras se trenzan para formar un hilo que puede ser utilizado directamente o tejido en una tela. Cada filamento de fibra de carbono forma un conjunto de muchos miles de filamentos.

 

Fibra de carbono y su combinación con otros materiales

 

La fibra de carbono se caracteriza por su alta flexibilidad, alta resistencia, y baja expansión térmica. Se puede combinar con otros materiales, como por ejemplo, el grafito, formando compuestos carbono-carbono, muy resistentes a las altas temperaturas e incluso al fuego. Ante variaciones en la temperatura conserva su forma. Es cinco veces más fuerte que el acero, con igual resistencia, y es más liviano que el aluminio. Un solo filamento tiene un diámetro de 50 a 10 micras de diámetro, esto es más delgado que un cabello humano. No es un material fácilmente reciclable (al ser fundido pierde muchas de sus propiedades), pero es perdurable. Debido a la baja expansión térmica que presenta puede adoptar muchas formas y cuenta con una gran absorción de energía.

 

La estructura atómica de la fibra de carbono es semejante a la del grafito formado por láminas de grafeno que siguen un patrón hexagonal regular. La diferencia radica en la forma en que se vinculan las láminas. En el caso del grafito, que es un material cristalino, las láminas se apilan en paralelo y de forma regular pero que se vinculan débilmente entre sí dando al grafito sus características blandas y quebradizas.

 

Tipos de fibra de carbono según su precursor

 

Según el precursor de la fibra, la fibra de carbono puede ser turbofrática o grafítica. En el caso de las fibras turbofráticas las láminas se apilan de forma irregular y al azar. Las fibras que derivan del poliacrilonitrilo (PAN) son turbostráticas mientras que las fibras derivadas de la brea de mesofase son grafíticas, tras un tratamiento térmico con temperaturas de hasta 2.200ºC.

 

Las turbostráticas suelen tener alta resistencia a la tracción mientras que las derivadas de la brea mesofase, tratamiento térmico por medio, presentan alta elasticidad y alta conductividad térmica. Después de la hilatura en húmedo, las fibras de polímero se calientan para así eliminar todos los átomos que no sean de carbono, generando la fibra de carbono final que se comercializará en forma de telas o fieltros. Huelga decir que las fibras fabricadas a partir de brea de petróleo, breas de carbón, petróleo y resinas fenólicas presentan propiedades mecánicas inferiores a pesar de lo cual se las usa para fabricar fibras industriales.

 

Usos y aplicaciones tecnológicas para la innovación y desarrollo del sector industrial

 

La fibra de carbono se emplea en el diseño de la industria automovilística, en la fabricación de barcos, piezas de aviones y naves espaciales, carreras raising, aros para bicicletas, cañas de pescar, resortes para automóviles, mástiles para barcos, aspas para molinos de viento (energía eólica), carcazas para portátiles, carteras de bolsillo y relojes, etc. en fin, es un material presente en casi todos los campos de fabricación.

 

También se usa para en el refuerzo de otros materiales como el plástico, en la filtración de gases a altas temperaturas, como electrodo de gran superficie, aporta resistencia a la corrosión, a la humedad, a la formación de metal-carburos, resistente al calor y como anti-estático. Aunque en un principio se fabricó la fibra de carbono para la industria aeronáutica, su bajo costo ha permitido extender su uso a otras cosas que podemos ver.

 

En la fabricación de automóviles la fibra de carbono puede ser muy útil ya que permitiría fabricar coches más livianos con el fin de reducir la fricción, aumentando la velocidad y reduciendo así mismo el consumo de combustible; se minimizarían los gases de efecto invernadero y las emisiones.

 

La fibra de carbono es altamente resistente, de aspecto elegante y liviana. Actualmente su precio es alto, pero resultaría beneficioso analizar la relación costo-beneficio para expandir su presencia en los diversos procesos tecnológicos donde aún no se aprovechan sus propiedades.

 

Bibliografía obtenida de:

Carbosystem SA

Universidad de Santiago de Compostela

Tecnologiadeplasticos.blogspot.com

Carbosystem: materiales cerámicos (España)

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