Composite de Fibras de Carbono

Actualmente la utilizaci√≥n de los composites es mayor en diversas √°reas de gran importancia. De hecho, los estudios del mercado revelan que el uso de estos tendr√° un crecimiento exponencial durante los a√Īos futuros. Debido a ello, es beneficioso que se difundan conocimientos sobre estos materiales de utilidad y la raz√≥n de su practicidad.

¬ŅQu√© es un composite con fibra de carbono?

La comprensi√≥n de lo que es un composite de fibras de carbono implica saber qu√© es un composite. Adem√°s, se debe definir con exactitud qu√© son las fibras de carbono junto con sus caracter√≠sticas que permiten la formaci√≥n del composite. Esa informaci√≥n incidir√° en que se logre entender por qu√© se elige incorporar esos materiales en distintos campos industriales. 

Se define como ‚Äúcomposite‚ÄĚ a los materiales sint√©ticos que se mezclan de forma heterog√©nea para formar un compuesto. Eso quiere decir que la mezcla forma una composici√≥n no uniforme con elementos que tienen diferentes caracter√≠sticas. Hablando de manera m√°s espec√≠fica, esa formaci√≥n involucra mol√©culas procedentes de variados elementos, ya sean artificiales o naturales.

La fibra de carbono se conoce por tener un bajo peso, una alta resistencia y una gran rigidez. Otras de sus caracter√≠sticas es la capacidad para conducir electricidad y un coeficiente bajo de expansi√≥n t√©rmica. Adem√°s de ello, tiene resistencia a la tracci√≥n, la fatiga y la intemperie. De hecho, puede soportar temperaturas de 1500 ¬įC a 2000 ¬įC y son de alto costo.

Ahora bien, un composite de fibras de carbono est√° formado principalmente por filamentos del carbono aglomerados e impregnados con resina. Esos materiales compuestos por dos componentes, o m√°s, forman uno nuevo que tiene cualidades y propiedades superiores inalcanzables por los componentes en estado independiente.

Proceso de fabricación de los composites hechos con fibras de carbono

Los composites que tienen fibra de carbono son fabricados mediante la pirolisis que se controla desde el precursor poliacrilonitrilo. El poliacrilonitrilo, conocido por las siglas PAN, está formado por cadenas largas de moléculas del oxígeno, el carbono, el nitrógeno y el hidrógeno. Cuando en condiciones correctas se calienta el PAN, las moléculas del carbono se unen pero el resto de los elementos se separa.

Cuando los átomos de carbono polimerizado cambian su distribución, se forma una estable estructura de anillos unidos fuertemente. Si la temperatura aumenta, se juntan los anillos formando hexágonos muy flexibles que inciden en que el composite sea más resistente. Básicamente el procesado se lleva a cabo siguiendo varias etapas, que incluyen estabilización, carbonización, grafitización, catalizador y roving.

Estabilización

Las fibras del poliacrilonitrilo (PAN) se someten a una temperatura de 200 ¬įC o 300 ¬įC mientras se estiran. Estas son alargadas dentro de un horno para oxidaci√≥n en el que se les dar√° la requerida orientaci√≥n molecular. Dicha orientaci√≥n ser√° la necesaria para conseguir estabilidad dimensional y prevenir que se funda durante el proceso siguiente.

Carbonización

El proceso de carbonizaci√≥n se realiza a una temperatura superior a los 1000 ¬įC. Durante ese per√≠odo del calentamiento los √°tomos de nitr√≥geno e hidr√≥geno desaparecen. Por lo tanto, los anillos de carbono se orientan de acuerdo a la longitud de hilo.

Grafitización

La grafitizaci√≥n es el calentamiento que se efect√ļa sobre los 2000 ¬įC. Durante esta etapa los cristales del carbono aumentan su tama√Īo y la orientaci√≥n de cada anillo mejora en esa fibra.

Catalizador

Finalmente, se aplica sobre la fibra un producto que act√ļa como catalizador para promover la adhesi√≥n. Esta adhesi√≥n debe producirse entre la resina y la fibra de carbono.

Roving

Los individuales filamentos de carbono, conocidos como mechas, se trenzan entre s√≠ en grupos que van de 5000 mechas a 12000 mechas. Aunque para formar el roving tambi√©n se puede usar conjuntos que pueden contener de 120000 filamentos a 140000 filamentos. Para el composite se combinan esos tejidos de hilos del carbono, que aportan resistencia y flexibilidad, con una termoestable resina, com√ļnmente epoxi.

Luego de ello, se solidifica gracias al agente endurecedor que une fibras. Existen varios procesos para la impregnación, algunos son industriales y otros de tipo manual. Para el ámbito industrial se emplean transferencias de resina, inyecciones e infusiones. Sin embargo, para el área manual se usan brochas, pistolas o espátulas.

¬ŅPara qu√© sirven los composites de fibras de carbono?

Las propiedades mecánicas de un composite de fibras de carbono son semejantes a las que tienen otros metales. Sin embargo, el carbono pesa muy poco, lo que constituye una ventaja. Ese es uno de los motivos por los cuales actualmente se emplean para fabricar las aeronaves y para ciertos artículos deportivos.

Además de ello, su utilización abarca los automóviles y las palas para aerogeneradores. Eso se debe a que la industria está interesada en reducir el peso que tiene el vehículo y los composites de fibras de carbono nanoestructurado son la mejor opción para ello. Sin duda, resulta sorprendente que una composición de materiales sea tan práctica en áreas como la aeronáutica, el transporte y la industria espacial.

Reciclaje de los composites de fibra de carbono: ¬ŅEs posible?

El reciclaje de los composites de fibra de carbono es complicado de realizar por tres razones. El primer motivo es que la mayor√≠a se forman con resinas termoestables, por eso no se pueden fundir incluso si se les aplica calor. Eso incide en que no se puedan moldear despu√©s. En segundo lugar, reciclar esos materiales es complejo porque ya se componen de ingredientes m√ļltiples de diversa naturaleza. Algunos de ellos son fibras, resina y aditivos para relleno.

La tercera razón es que están mezclados y pueden tener otros materiales incorporados, como insertos metálicos o pinturas. Entre las opciones también se incluye que tengan un film termoplástico protector. A pesar de ello, se han comenzado a crear plantas en las que se pretende reciclar las fibras de carbono.

De esa forma se podr√≠an reutilizar para composites nuevos, pero ese tipo de proyecto a√ļn se encuentra en v√≠a de investigaci√≥n. Las industrias est√°n tratando de cumplir con ese objetivo porque la fibra virgen de carbono posee un elevado precio en el mercado. Con ese m√©todo de reciclaje, podr√≠an ahorrarse dinero.

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