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Lafibra de carbonoes un material compuesto, constituido principalmente por carbono. Tiene propiedades mecnicas similares alaceroy es tan ligera como lamaderao elplstico. Por su dureza tiene menor resistencia al impacto que elacero. Al igual que lafibra de vidrio, es un caso comn de metonimia, en el cual se le da al todo el nombre de una parte, en este caso el nombre de las fibras que lo refuerzan.Al tratarse de un material compuesto, en la mayora de los casos -aproximadamente un 75%- se utilizanpolmeros termoestables. El polmero es habitualmente resinaepoxi, de tipotermoestableaunque otros polmeros, como elpolistero elvinilstertambin se usan como base para la fibra de carbono aunque estn cayendo en desuso.

editar]Estructura y propiedades

Tela de fibra de carbono.Las propiedades principales de este material compuesto son: Elevada resistencia mecnica, con unmdulo de elasticidadelevado. Bajadensidad, en comparacin con otros elementos como por ejemplo elacero. Elevado precio de produccin. Resistencia a agentes externos. Gran capacidad deaislamiento trmico. Resistencia a las variaciones detemperatura, conservando su forma, slo si se utiliza matriztermoestable.Las razones del elevado precio de los materiales realizados en fibra de carbono se debe a varios factores: El refuerzo, fibra, es un polmerosintticoque requiere un caro y largo proceso de produccin. Este proceso se realiza a alta temperatura -entre 1100 y 2500C- enatmsferadehidrgenodurante semanas o incluso meses dependiendo de la calidad que se desee obtener ya que pueden realizarse procesos para mejorar algunas de sus caractersticas una vez se ha obtenido la fibra. El uso de materialestermoestablesdificulta el proceso de creacin de la pieza final, ya que se requiere de un complejo utillaje especializado, como el hornoautoclave.Tiene muchas aplicaciones en la industriaaeronuticayautomovilstica, al igual que enbarcosy enbicicletas, donde sus propiedades mecnicas y ligereza son muy importantes. Tambin se est haciendo cada vez ms comn en otros artculos de consumo como patines en lnea, raquetas de tenis, edificios, ordenadores porttiles, trpodes ycaas de pescae incluso enjoyera.

Un filamento de carbono de 6 m de dimetro (desde abajo a la izquierda hasta arriba a la derecha), comparado con un cabello humano.Cada filamento de carbono es la unin de muchas miles de fibras de carbono. Un filamento es un fino tubo con un dimetro de 58micrmetrosy consiste mayoritariamente encarbono.La estructura atmica de la fibra de carbono es similar a la delgrafito, consistente en lminas de tomos de carbono arreglados en un patrn regular hexagonal. La diferencia recae en la manera en que esas hojas se intercruzan. El grafito es un materialcristalinoen donde las hojas se sitan paralelamente unas a otras de manera regular. Las uniones qumicas entre las hojas es relativamente dbil, dndoles al grafito su blandura y brillo caractersticos. La fibra de carbono es un materialamorfo: las hojas de tomos de carbono estn azarosamente foliadas, o apretadas, juntas. Esto integra a las hojas, previniendo su corrimiento entre capas e incrementando grandemente su resistencia.Ladensidadde la fibra de carbono es de 1.750 kg/m3. Esconductor elctricoy de baja conductividad trmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace ms grueso y corto.Naturalmente las fibras de carbono son negras, pero recientemente hay disponible fibra coloreada.Su densidad lineal (masa por unidad de longitud, con la unidad 1 tex = 1 g/1000m) o por el nmero de filamentos por yarda, en miles.

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_de_carbonoLa fibra de carbono, un material para el siglo 21La fibra de carbono es el desarrollo ms reciente en el campo de los materiales compuestos siguiendo la idea de que uniendo fibras sintticas con varias resinas, se pueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos.Pascual Bolufer. Fsico del Instituto Qumico de SarriLa fibra de carbono (FC) se desarroll inicialmente para la industria espacial, pero ahora, al bajar de precio, se ha extendido a otros campos: la industria del transporte, aeronutica, al deporte de alta competicin y, ltimamente encontramos la FC hasta en carteras de bolsillo y relojes.La FC est compuesta por muchos hilos de carbono en forma de hebra. Existen muchas clases de FC con propiedades diversas, adaptadas a muchas aplicaciones.Para hacernos una idea, basta comparar la FC con el acero:Caracterstica FC AceroMd. de resistencia a la traccin 3,5 1,3Resistencia especfica 2,0 0,17Densidad 1,75 7,9Su resistencia es casi 3 veces superior a la del acero, y su densidad es 4,5 veces menor.En cuanto a mdulo de elasticidad hay una amplia gama de FC desde 240 hasta 400.Otras propiedades muy apreciables en la fibra de carbono son la resistencia a la corrosin, al fuego e inercia qumica y la conductividad elctrica. Ante variaciones de temperatura conserva su forma.Es un caso comn de metonimia, en el cual se le da al todo el nombre de una parte: el nombre de las FC que refuerzan la matriz de resina.La fibra de carbono es un polmero convertido en fibra. En la mayora de los casos, las FC permanecen como carbn no graftico. El trmino fibra de grafito solo est justificado, cuando las FC han sido sometidas a un tratamiento trmico de grafitizacin (2000-3000 C),que les confiere un orden cristalino tridimensional, observable mediante rayos X.La cristalografa de rayos X nos permite conocer la estructura exacta de cada tipo de FC. Nos resulta extrao, pero nos recuerda mucho al grafito: una estructura hexagonal. El grafito, la mina de lpiz, es todo lo contrario: blando y frgil. Es un altropo del carbono.A nivel atmico no podemos comprender las diferencias entre la fibra de carbono y el grafito, pero la estructura es diferente: observamos muchos cambios en la superposicin de las fibras y las cintas en la FC y en el grafito.El grafito tiene una estructura plana triangula con enlaces triples y queda un electrn libre. Este electrn libre explica que el grafito es una de las pocas estructuras no metlicas que conducen la electricidad. La fibra de carbono tambin es conductora.

La fibra de grafito cristaliza en el sistema exagonal,el panal de abeja. La mayora de las fibras no son de grafito sino de carbono,obtenidas a menor temperatura.Examinar la fibra de carbono es estudiar el carbonoEs sin duda el ms verstil de los elementos que conoce el hombre, como podemos ver por el hecho de que es la base de la vida en el planeta. El carbono forma parte de toda la qumica orgnica y de 20 millones de molculas conocidas, de las cuales el 79 por ciento las clasificamos como orgnicas.El tomo de carbono tiene 6 electrones, con la particularidad de que puede formar 4 enlaces covalentes con otros tomos, con lo cual adquiere una geometra de tetraedro, que nos recuerda al diamante.El carbono se puede combinar con muchos elementos como: N, S, O, Cl, Br y P que son estables termodinmicamente, y con otros tomos de carbono con uniones muy fuertes (el diamante) y puede formar cadenas de carbonos de gran longitud.Sntesis de la fibra de carbonoUn mtodo comn de obtener filamentos de carbono es la oxidacin y pirlisis trmica del PAN (poliacrilonitrilo), un polmero usado para crear muchos materiales sintticos. Como todos los polmeros, el PAN forma largas cadenas de molculas, alineadas para hacer el filamento continuo. Cuando se caliente el PAN en correctas condiciones de temperatura, las cadenas PAN se juntan lado a lado, para formar cintas de grafeno.El precursor ms usado para obtener la fibra es el PAN (poliacrilonitrilo).Es el resultado de los trabajos de Shindo, a principio de los aos 60 en Japn, posteriormente continuados por Watt, en Inglaterra y Bacon y Singer en EE.UU..Normalmente se mezcla el PAN con algo de metil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato y cloruro de vinilo.El PAN o su copolmero es hilado utilizando la tcnica de hilado hmedo. Tambin se emplea la tcnica de hilado fundido a veces. El primer paso es estirar el polmero de forma que quede paralelo a lo que ser el eje de la fibra y se oxida a 200-300 C en aire, un proceso ,que aade oxgeno a la molcula de PAN y crea la estructura hexagonal. El polmero que antes era blanco, ahora es negro.El segundo precursor es una mesofase de la brea-alquitrn (petroleum-pitch y coal-pitch).La mesosfase lquida cristalina de alquitrn se utiliza para obtener fibras de alto mdulo. Petrleo, carbn mineral y policloruro de vinilo son las fuentes comunes del alquitrn. Desde 1980 se obtienen FC a partir de breas de mesofase de alto mdulo para aplicaciones que requieren fibras de muy altas prestaciones.Finalmente recordemos a la celulosa, pero es menos empleada.Las fibras basadas en el PAN tienen dimetros que oscilan entre 5 y 7 micras. Y las del alquitrn 10-12 micras.

Para ganar una regata, hace falta que el casco(el flotador)sea lo ms ligero posible.De ah la necesidad de un casco con fibra de carbono.Abajo,la orza de plomo,contrapesa a la vela,y equilibra al velero.La FC se clasifica por el nmero de filamentos, en miles, de que consta la hebra. Una FC 3k (3000 filamentos)es 3 veces ms resistente que una de solo 1k, pero tambin pesa 3 veces ms.Con esa hebra se teje una tela de FC.CarbonizacinPara conseguir una fibra de alta resistencia se recurre al tratamiento trmico de carbonizacin: el PAN se calienta a 2500-2000 C en atmsfera sin oxgeno, se alinean las cadenas del polmero hasta formar hojas de grafeno, cintas delgadsimas ,bidimensionales, y se logra una resistencia a la traccin de 5.650 N/mm2.

La naturaleza nos da lecciones en el uso de materiales compuestos.GrafitizacinSi calentamos el PAN a 2500-3000 C conseguimos la resistencia mxima de la FC: 531 000 N/mm2.Ahora es el momento de tejer la fibra, para formar lminas y tubos, que sern luego impregnados en una resina epoxi en un molde. Una vez la resina curada, endurecida, hay que darle forma mecnicamente, para conseguir el producto acabado, por ejemplo: la pala de una hlice. Hay varios tipos de fibras, a partir de las temperaturas de tratamiento:La fibra de alto mduloEs la ms rgida y requiere una temperatura mayor de tratamiento. Su mdulo de elasticidad supera los 300 y aun los 500 GPa. Mejor todava, el monocristal de grafito tiene un mdulo de 1050 GPa. El mdulo de elasticidad 390 GPa es 70 veces superior al de las aleaciones de aluminio.La fibra de alta resistencia a la traccinSe carboniza a la temperatura que da mayor resistencia a traccin, con valores superiores a 300 GPa.La fibra estndarEs la ms econmica y de estructura istropa. La rigidez es menor que en las anteriores; la temperatura de tratamiento es ms baja. Se comercializa como fibras cortas.La fibra de carbono activadaTiene una velocidad de adsorcin 100 veces superior a la de los carbones clsicos activados. Se obtiene mediante carbonizacin y activacin fsica y qumica de distintos precursores: breas, rayn, poliacetatos, etc. Presenta una gran superficie especfica y tamao de poros muy uniforme. La fibra se presenta en forma de fieltros o telas.FC crecida en fase de vaporEsta fibra se obtiene mediante un proceso cataltico de depsito superficial qumico en fase de vapor (en ingls: VGCF vapour ground carbon fibres). Por su variedad de tamaos son un puente entre la FC convencional y la nanofibra.La fabricacin del material compuestoLa eleccin de la matriz afecta profundamente a las propiedades del producto acabado.Admiramos a Alba Edison, que en 1879 patent fibras de carbono como filamento para la bombilla elctrica. El utiliz como precursor hebras de bamb carbonizadas, que en el vaco de la bombilla se ponan incandescentes y lograban durar 1200 horas. La lmpara de Edison tena un rendimiento de 2 lmenes/Watio.Edison no utiliz ninguna matriz, para lograr un producto terminado. Fue una excepcin.Lo normal es usar una matriz de resina y un molde. Supongamos que tenemos el molde de un casco de regata de vela.Se adhieren al molde delgadas hojas de FC, que toman la forma de la barca. Alineamos las fibras del tejido en la direccin ms conveniente, porque las fibras son anisotrpicas. Impregnamos la tela de FC con resina.Sobre la resina colocamos otra tela de FC impregnarla con resina, y as sucesivamente sobreponiendo telas de FC y capas de resina.En los puntos de casco en que las cargas son mximas al navegar por ejemplo la proa, el espesor del casco ser mayor.

El ala delta del X-32 realizada en FC.Foto Boeing X-32.Es fcil ver que hay mucha mano de obra especializada. Cuanto ms intensas son las cargas que soportar el producto, por ejemplo: una pala de helicptero, mayor cuidado pondremos en alinear correctamente la direccin de la fibra.Finalmente calentar la pieza, o curarla al aire. Expuesta al agua no sufrir corrosin, y es muy fuerte en comparacin con lo poco que pesa.Si en el molde hay burbujas de aire, la resistencia final quedar reducida.Las matrices son termoestables o termoplsticas.La fibra no se usa por s misma, sino para reforzar matrices, por ejemplo: la ya citada resina epoxy u otros plsticos termoestables. En algunas aplicaciones la matriz es termoplstica.Los termoestablesEstos polmeros son plsticos que curados por calor, u otros medios, se transforman en un producto infusible e insoluble. Son los ms usados (el 90 por ciento) en los composites estructurales.El 65 por ciento de las matrices termoestables son polisteres insaturados.La mayor ventaja del termoestable es que tienen una viscosidad muy baja, y se pueden introducir en las fibras a baja presin.La impregnacin de las fibras inicia el curado qumico, que produce una estructura slida, es un proceso realizado isotrmicamente. El reciclado, en la prctica, no es posible.Los termoplsticosEl termoplstico es capaz de ser ablandado repetidas veces por accin del calor, y endurecido por enfriamiento. Se puede reciclar con facilidad, lo cual es muy importante en el sector del automvil. Su resistencia al impacto es excelente.Los termoplsticos aportan la ventaja de que el moldeo no es isotrmico, es decir: el plstico caliente y fundido se introduce en el molde fro, y as se logran ciclos muy cortos en tiempo.Pero los termoplsticos polimerizados fundidos suelen tener viscosidades entre 500 y 1000 veces superiores a los termoestables. El proceso requiere pues altas presiones y aumento de costes.ltimamente hay el proceso de monmero lquido. La ventaja del monmero lquido termoplstico (por ejemplo, PBT de Cyclics) consiste en que se procesa isotrmicamente (inyeccin, polimerizacin, cristalizacin y desmoldeo a la misma temperatura), como si fuera un termoestable.Hilo hbrido es el ltimo mtodo de procesar termoplsticos: se introduce el polmero en forma slida, como polvo o fibra y se consigue que se mezcle con las fibras de carbono. El hilo hbrido se convierte en tejido, u otras formas textiles, se aplica suficiente calor y presin, el termoplstico se funde y llena la corta distancia que le separa de la fibra de carbono. A continuacin se enfra la pieza impregnada y logramos el material compuesto slido.El molde a presin o La bolsa de vaco es excelente para productos de calidad: el molde de la regata de vela, con sus telas de FC impregnadas es introducida en una bolsa de paredes impermeables y extraemos el vaco. Las paredes flexibles de la bolsa presionan fuertemente el casco, y eliminamos las burbujas de aire. La interfase tela FC y la resina queda tambin mejorada.La fibra milagrosaLa Asociacin japonesa de fabricantes de FC la llaman: Ligera en peso, fuerte y duradera. Indudablemente tiene un gran porvenir industrial, incluso fuera del rea aeronutica-espacial. Es el material tecnolgico del siglo XXI, precursor de los nanomateriales. De alto precio, pero con tendencia a bajar.Baja densidad, exquisitas propiedades mecnicas, elctricamente conductora, de alto mdulo elstico y de traccin, resistente al calor, baja expansin trmica, estabilidad qumica, trmicamente conductora y adems permeable a los rayos X, una propiedad importante en el equipamiento mdico.La industria de transportes,en especial la aeroespacial lleva dcadas buscando materiales compuestos (C/C), para sustituir al metal. El objetivo es disminuir el peso de vehculo y aumentar la eficacia.La industria de satlites y de aviones militares lleva la delantera; el alto precio de los C/C no es un inconveniente.

Joint Strike Fighter es el mayor esfuerzo en tecnologa aeronutica jams realizado,que utiliza la FC al mximo.Foto Boeing X-32.El X-32A, de Boeing, es un excelente ejemploEn los aviones comerciales ya se ha llegado a un 10-25 por ciento del peso total de la aeronave. Por primera vez Boeing nos ofrece ahora el 787, para 250 asientos, con 50 por ciento del peso en C/C, principalmente de fibra de carbono (FC).En artculos de deporte: caas de pescar, raquetas, bicicletas, coches frmula 1, la fibra de carbono ya es popular, aunque de alto precio.La penetracin seguir aumentando hasta llegar a los coches de serie.Fuera de transporte, en la construccin, un sector en donde el peso es algo secundario, se emplea ya la fibra de carbono en puentes y pasarelas. Hasta aporta ventajas econmicas frente a los mtodos tradicionales.http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/16574-La-fibra-de-carbono-un-material-para-el-siglo-21.html