¿Cuán duradera es la fibra de carbono?

La fibra de carbono es más resistente que el acero, más ligera que la fibra de vidrio y más rígida que el aluminio. Pero, ¿es duradero? Muchos factores se suman a la durabilidad de un material. A continuación, se muestra qué tan bien la fibra de carbono resiste el desgaste con el paso del tiempo.

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En este artículo:

1. ¿Se puede oxidar la fibra de carbono?
2. ¿Se puede romper la fibra de carbono?
3. ¿Las condiciones climáticas afectan la durabilidad de la fibra de carbono?
4. ¿Puede la fibra de carbono soportar el calor?
5. ¿La fibra de carbono es a prueba de balas?

¿Se puede oxidar la fibra de carbono?

La fibra de carbono es químicamente estable, resistente a la corrosión y no se oxida. Por eso funciona bien en entornos hostiles. Pero los agentes oxidantes fuertes, como el peróxido de hidrógeno o el ácido sulfúrico, pueden afectarlo.

Asimismo, la resina epoxi es inerte y no se oxida ni se corroe. Sin embargo, es sensible a la luz solar. Por lo tanto, cubra los compuestos de fibra de carbono con un acabado resistente a los rayos UV para evitar daños a largo plazo por la luz solar.

Vale la pena señalar que los compuestos de fibra de carbono pueden causar corrosión galvánica cuando entran en contacto con algunos metales. Si bien no conducirá a una corrosión superficial evidente a corto plazo, los productos de corrosión se acumulan y provocan daños con el tiempo. Afortunadamente, esto necesita condiciones específicas y algunos recubrimientos ofrecen protección.

¿Se puede romper la fibra de carbono?

La respuesta corta es sí. Cualquier material puede fallar, pero es un poco más complicado que eso. Muchos factores, como el proceso de producción, el diseño y el uso, afectan la durabilidad.

Por ejemplo, se pueden formar espacios y es más probable que se agrieten si el fabricante aplica resina de manera desigual o no usa lo suficiente. Con el tiempo, estas pequeñas grietas pueden extenderse hasta romperse. Incluso los impactos menores pueden eventualmente conducir a fallas.

La orientación de las fibras y las capas de fibras también tiene un efecto significativo sobre la resistencia a la fatiga. Al igual que el tipo de fuerza que aplica. Las fuerzas de compresión, cortante y tensión provocan diferentes tipos de fallas.

La fibra tejida en una disposición de 0 ° tiene menos resistencia a la torsión que a 45 °, por ejemplo. Por lo que puede romperse si lo tuerces.

La conclusión es que si permanece por debajo del umbral de carga de una pieza en particular, no se romperá fácilmente.

Además, tenga en cuenta que es difícil detectar signos de daño que indiquen una falla inminente. Y a diferencia de otros materiales que se doblan o combinan, cuando la fibra de carbono falla, puede fallar espectacularmente y romperse.

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¿Las condiciones climáticas afectan la durabilidad de la fibra de carbono?

La fibra de carbono tiene una baja expansión térmica. Entonces, su forma, área, volumen o densidad no cambia mucho en respuesta a los cambios de temperatura. Eso no significa que sea inmune a los efectos del clima a largo plazo. Los estudios encontraron que las combinaciones de condiciones climáticas pueden tener distintos efectos sobre la fibra de carbono en diferentes entornos.

Ciclos de congelación y descongelación

La Civil Engineering Research Foundation identificó los ciclos de congelación-descongelación como una posible amenaza para la durabilidad de la fibra de carbono. Además, encontraron que las condiciones de congelación-descongelación degradan más el hormigón reforzado con fibra de carbono en agua salada.

No es necesariamente la fibra de carbono la que pierde integridad, sino más bien las microfisuras que se forman en la matriz y la fibra / matriz se desprende. Y los efectos se deben en parte a que el adhesivo estructural no es tan avanzado como otros usos de la fibra de carbono.

Por último, a pesar de estos efectos, otro estudio encontró que el hormigón armado con fibra de carbono es más duradero que el hormigón estándar.

Envejecimiento higrotérmico

El envejecimiento higrotérmico puede tener un impacto en la durabilidad de la fibra de carbono en algunas aplicaciones, pero no en otras.

¿Qué es el envejecimiento higrotérmico? El envejecimiento higrotérmico se refiere a una combinación de calor y humedad y el efecto que tiene en una estructura.

La exposición prolongada al calor y la humedad puede tener poco efecto sobre la resistencia a la flexión de la fibra de carbono. Pero bajo carga sostenida y en presencia de agua salada, la resistencia a la tracción disminuye entre un 7% y un 12%.

Ciclos húmedo-seco

Un estudio muestra que los ciclos húmedo-seco pueden tener un impacto adverso significativo en la resistencia a la tracción. Después de 4000 ciclos húmedo-seco, la probabilidad de falla aumenta notablemente.

Por el contrario, tiene una influencia limitada en la deformación de la fibra de carbono.

Exposición y condensación a los rayos UV

La radiación ultravioleta y la condensación operan de manera sinérgica que causa la erosión de la matriz epoxi, pero no afecta la fibra de carbono. La erosión del epoxi puede, en última instancia, reducir la resistencia a la tracción hasta en un 29% y reducir la durabilidad.

Como se mencionó, un acabado resistente a los rayos UV ayudará a proteger los compuestos de fibra de carbono.

En general, las condiciones climáticas afectan la fibra de carbono. Pero los efectos dependen de cómo lo use. Por ejemplo, las condiciones climáticas tienen un impacto más notable en los edificios con fibra de carbono que un cuadro de bicicleta de carbono.

¿Puede la fibra de carbono soportar el calor?

Las fibras de carbono pueden soportar el calor. Pero la fibra de carbono se usa principalmente en una matriz como hormigón, plástico o epoxi, lo que puede limitar su tolerancia al calor. En otras palabras, la matriz juega un papel más importante en si una parte de fibra de carbono puede soportar el calor que la fibra sola.

Por ejemplo, algunos epoxis pueden soportar temperaturas de hasta 100 ℃ (212 ℉), mientras que el compuesto de matriz de carbono reforzado con fibra de carbono puede tolerar temperaturas superiores a 2000 ℃ (3632 ℉).

¿La fibra de carbono es a prueba de balas?

En teoría, la fibra de carbono podría detener una bala, pero el Kevlar® u otra fibra de aramida tiene más flexibilidad y resistencia al impacto. Además, Kevlar® es una opción más rentable para armaduras antibalas.

La fibra de carbono ofrece un alto nivel de protección contra algunos objetos. A menudo verá que los conductores de autos de carrera lo usan para protegerse porque dispersa el impacto de las fuerzas. Pero cuando se trata de balas, necesitarás muchas capas para detenerlo.

Mire este video para ver cómo el compuesto de fibra de carbono se enfrenta a las balas.

Sin embargo, los nanotubos de carbono pueden soportar balas. Los nanotubos consisten en átomos de carbono unidos en patrones hexagonales repetidos para crear un cilindro hueco. Estos nanotubos pueden absorber la energía de los misiles balísticos mejor que la fibra de carbono y, en algunos casos, incluso el Kevlar®.

En su forma más básica, la fibra de carbono es grafito de carbono, que durará prácticamente para siempre. Normalmente, el material no es fotodegradable ni biodegradable. Sin embargo, algunos factores influyen en su durabilidad, como su matriz. Además, el uso intenso de compuestos y factores ambientales podría afectar su durabilidad y posibles aplicaciones. En general, los científicos anticipan que las piezas de fibra de carbono durarán más de 50 años.

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A continuación:

Fabricación de fibra de carbono

Rifle de fibra de carbono M-14 / M1A

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