¿Qué es la Fibra de Carbono y Grafito?
La fibra de carbono y grafito, es una fibra hecha completamente de carbono (C).
Existen dos tipos de fibras de carbono, las fibras de carbono a base de PAN y las fibras de carbono a base de brea, que tienen las características del carbono, como una excelente resistencia al calor y conductividad eléctrica. Las fibras de carbono tienen muchas ventajas, como ser ligeras, resistentes y duras, por lo que se utilizan en muchos campos.
Sin embargo, hay muchos campos en los que no se pueden utilizar actualmente debido a los problemas de precio.
Usos de las Fibras de Carbono y Grafito
Las fibras de carbono y grafito se utilizan en una amplia gama de campos como alternativa a los materiales metálicos, aprovechando al máximo sus propiedades de ligereza sin perder su resistencia. Además, su flexibilidad, conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión e ignifugación les confieren una amplia gama de aplicaciones.
Rara vez se utiliza solo y suele componerse con materiales como resinas, cerámicas y metales en forma de compuestos de fibra de carbono y grafito. Se utiliza en campos como la aviación, los cohetes y los satélites, donde se requiere una reducción de peso y una gran resistencia, y también en equipos médicos como miembros artificiales, sillas de ruedas y camas de ancianos.
En la industria del automóvil, en particular, las fibras de carbono y grafito desempeñan un papel importante, ya que la reducción del peso de los vehículos redunda en una mayor eficiencia en el consumo de combustible. Por esta razón, las fibras de carbono se utilizan en una amplia gama de vehículos, desde coches de carreras a coches normales. Por su resistencia y elasticidad, también se utilizan en equipamiento deportivo, como palos de golf, cañas de pescar, cuadros de bicicleta, raquetas de tenis, esquís y tablas de snowboard.
En el futuro, las láminas de fibra de carbono y grafito también podrían aplicarse en los campos de la arquitectura y la ingeniería civil para mejorar la resistencia a los terremotos aplicándolas a estructuras de hormigón, o como materiales alternativos para cables de puentes colgantes y armazones de acero.
Tipos de Fibras de Carbono y Grafito
Existen dos tipos de fibras de carbono y grafito, en función de la materia prima utilizada.
1. Fibras de Carbono y Grafito a Base de PAN
Las fibras de carbono y grafito fabricadas a partir de fibras de poliacrilonitrilo (PAN) carbonizadas se utilizan en muchos sectores industriales y están muy extendidas en aplicaciones familiares de ocio y deporte.
Las fibras de carbono y grafito a base de PAN tienen filamentos (hilos simples) con un diámetro de 5-15 µm y se utilizan en haces. El tipo de estopa regular tiene 30.000 filamentos y el tipo de estopa grande tiene 48.000 filamentos.
2. Fibras de Carbono y Grafito a base de brea
Las fibras de carbono y grafito a base de brea se producen a partir de sólidos negros (brea) obtenidos del proceso de destilación del petróleo crudo, del que se han eliminado los componentes volátiles. Tiene la característica de que el módulo de elasticidad puede ajustarse y se utiliza para productos en los que no se requiere una gran elasticidad o, por el contrario, en los que se requiere una gran elasticidad.
Las fibras de carbono y grafito a base de brea también tienen un diámetro de fibra única de 10-15 µm y se clasifican en fibras de brea mesofásica y fibras de brea isotrópica. Las fibras de paso isótropo se caracterizan por una gran resistencia al calor y a la fricción, lo que las hace útiles para las pastillas de freno de los automóviles. Las fibras de paso mesofásico se caracterizan por su corto tiempo de convergencia de las vibraciones.
Las propiedades de las fibras discontinuas mesofásicas son muy beneficiosas para los problemas de vibración de la maquinaria, sobre todo en los equipos de fabricación de semiconductores y LCD, que no son susceptibles a las vibraciones, por lo que se utilizan en grandes cantidades.
Más Información sobre las Fibras de Carbono y Grafito
Métodos de Producción de Fibras de Carbono y Grafito
- Fibras de Carbono y Grafito a Base de PAN
En el proceso de resistencia a la llama, las fibras de PAN se oxidan a una temperatura de 200-300 °C, convirtiendo las moléculas en una estructura cíclica. En el proceso de carbonización posterior, se aplica calor bajo un entorno de gas inerte a una temperatura de 1.000 °C o más para convertir la estructura molecular en una estructura cristalina de carbono.
Una vez finalizado el proceso de carbonización, se siguen produciendo fibras de carbono con una gran resistencia y un elevado módulo de elasticidad, pero la grafitización a temperaturas de 2.000 °C o superiores produce fibras de grafito con una resistencia ligeramente inferior pero un módulo de elasticidad muy elevado.
- Fibras de Carbono y Grafito a Base de Brea
Se fabrican fibrosando y sinterizando brea de hulla o de petróleo. Las fibras largas se forman a partir de la brea en un proceso de hilado por fusión previo a la ignifugación, que luego se estabiliza para obtener fibras precursoras.
Al igual que las fibras de carbono y grafito a base de PAN, las fibras precursoras se someten a procesos de ignifugación, carbonización y grafitización para obtener fibras de carbono a base de brea.