¿Qué resistencia tiene la fibra de carbono? | Descubra qué hace que este elemento sea tan resistente

Cuando se sintetiza correctamente, la fibra de carbono puede ser 10 veces más fuerte que el acero. Sin embargo, ¿qué tan fuerte es la fibra de carbono en su forma básica y cómo se puede maximizar su resistencia? ¡Responderemos estas preguntas y más en esta publicación!

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1. ¿Cómo se fabrica una fibra de carbono resistente?
2. ¿Por qué la fibra de carbono es tan resistente?
3. ¿La fibra de carbono se rompe fácilmente?
4. ¿Es la fibra de carbono más resistente que KEVLAR®?
5. ¿Puedes quemar fibra de carbono?
6. ¿Se puede oxidar la fibra de carbono?
7. ¿Qué resistencia tiene el filamento de fibra de carbono?

¿Cómo se hace una fibra de carbono resistente?

Primero, una hoja de fibra y otros polímeros se calienta a una temperatura muy alta en un espacio libre de oxígeno. Como no hay oxígeno, la fibra no se puede quemar, sino que se calienta tanto que los átomos de carbono son todo lo que queda.

A continuación, el carbono se estabiliza y carboniza. Esto implica calentar el carbón resistente a las quemaduras a altas temperaturas al aire libre, luego ponerlo en un horno lleno de gases químicos (pero no oxígeno) y cocinarlo aún más.

En tercer lugar, la hoja se enfría y se sumerge en varios gases químicos, incluido el oxígeno, para darle mejores propiedades de unión.

Finalmente, se aplica un revestimiento de resina epoxi a la hoja para proteger las fibras de daños cuando se utilizan para fabricar productos. La composición del recubrimiento varía según los materiales iniciales utilizados para la fibra.

Este es el proceso para hacer una sola hoja de fibra de carbono, que es un material de construcción extremadamente fuerte pero que aún puede ser frágil y fácil de romper en algunos aspectos. Para obtener más información sobre cómo las láminas de fibra de carbono se vuelven casi irrompibles, consulte la sección a continuación sobre "¿La fibra de carbono se rompe fácilmente?"

Es importante saber que fabricar fibra de carbono resistente es un proceso extremadamente complejo que definitivamente no se puede realizar en casa.

Mire este video para acercar la fibra de carbono y ver cuán fuertes y unidas se vuelven las hebras de fibra de carbono.

¿Por qué la fibra de carbono es tan fuerte?

La fibra de carbono se encuentra entre los materiales más fuertes de la tierra debido a los enlaces en cadena de sus moléculas. Esta estructura se crea durante todas las reacciones químicas y los cambios extremos de temperatura por los que pasa la fibra mientras se fabrica.

Los procesos unen miles de pequeñas hebras y las mezclan con un epoxi. Esas hebras forman una capa de fibra de carbono, cuya resistencia se ve afectada por la orientación precisa de las hebras y los tipos de tejido utilizados en la capa.

Una sola capa de fibra de carbono tiene típicamente alrededor de 0,25 mm de grosor y no es muy fuerte en absoluto. De hecho, con ese grosor, la fibra de carbono es muy fácil de romper. Eso puede ser contrario a lo que sabe acerca de que la fibra de carbono es fuerte, pero la fuerza se crea en el proceso de apilar múltiples capas y también al usar la orientación y el tejido de las fibras, también conocido como "laminado".

La pureza molecular de la fibra de carbono también le ayuda a desarrollar una estructura fuertemente unida.

¿La fibra de carbono se rompe fácilmente?

La respuesta corta es que puede, como se describió anteriormente. Lo mejor de la fibra de carbono es que puedes controlar la fuerza y ​​la dirección de la fuerza. Por ejemplo, si desea que sea súper fuerte en una dirección y más flexible en la otra, puede hacerlo usando un tipo específico de tela y disposición.

Hojas unidireccionales

Para explicarlo, imagine una de esas esteras de madera que se usan para hacer sushi. La alfombra está hecha de un grupo de varillas de madera estrechas que corren paralelas entre sí y están unidas. El resultado es que es fácil doblar la alfombra si se dobla contra la fibra. Sin embargo, si se dobla con la veta, el tapete no se doblará fácilmente porque eso significaría en realidad doblarse lo suficientemente fuerte como para romper las varillas de madera.

Las láminas de fibra de carbono están compuestas por una serie de varillas paralelas, similar a la estera de sushi. Pero en fibra de carbono, las varillas están hechas de fibra tratada y son mucho más resistentes que la madera. Debido a esto, es bastante difícil romper una hoja de fibra de carbono si aplica presión en la misma dirección que las varillas. Una hoja de varillas que corre en una dirección es similar a un tipo de tejido de fibra de carbono llamado "unidireccional", donde todas las fibras corren en la misma dirección.

Ahora imagina que pegas dos tapetes de sushi uno encima del otro, con las varillas de madera del tapete inferior yendo hacia un lado y las varillas del tapete superior hacia el otro lado. Ahora, las alfombrillas se apoyan entre sí y evitan que se doblen en cualquier dirección.

Con fibra de carbono unidireccional, a medida que apila las capas de material, puede controlar la dirección de la fuerza con cada capa. Este control de la dirección de la fuerza es uno de los beneficios de la fibra de carbono. Utilizando múltiples capas, puede hacer que el producto final sea tan fuerte como lo necesite para la aplicación dada.

Sábanas tejidas

En láminas tejidas de fibra de carbono, los filamentos se entrelazan como las hebras de una canasta para mantenerse mejor juntos. Hay muchos tipos diferentes de tejidos que se utilizan por diferentes razones. Podría ser estético, o podría ser más fácil trabajar un tipo particular de material en un molde, y / o podría tener más resistencia en múltiples direcciones. Los tipos de tela que se utilizan y la orientación en la que se colocan para controlar la resistencia son parte del desarrollo de la estrategia de colocación.

Sin embargo, no importa qué tipo de tejido, una sola hoja de fibra tejida seguirá siendo bastante débil a menos que se coloquen en capas.

Las pilas de láminas de fibra de carbono (tejidas o unidireccionales) con orientaciones alternas son extremadamente resistentes; de hecho, hasta 18 veces la resistencia del acero.

Mire este video para ver cómo se hace la fibra de carbono para ser tan fuerte:

¿Es la fibra de carbono más fuerte que KEVLAR®?

La fibra de carbono y la fibra de aramida (KEVLAR® es simplemente una marca de fibra de aramida) tienen aproximadamente la misma resistencia, aunque cada una tiene sus ventajas y desventajas.

Primero, comprenda que ambos materiales comprenden muchas láminas delgadas de sus respectivas telas y solo logran una resistencia real cuando se engrosan con varias capas de fibra tejida.

Incluso cuando se tejen muchas capas, la fibra de carbono es muy fina y ligera. También es extremadamente fuerte, pero tiene problemas para resistir objetos afilados como cuchillos.

KEVLAR®, por otro lado, es más grueso que la fibra de carbono y es más difícil de penetrar. Sin embargo, debido a que es más grueso, es más pesado y menos flexible. También es mucho menos resistente al calor que la fibra de carbono.

¿Puede quemar fibra de carbono?

Te resultará difícil quemar fibra de carbono.

Si lo calienta a 750 grados, se quemará muy lentamente siempre que se le aplique una fuente de combustible ardiente. Pero incluso en ese punto, la combustión se detendrá tan pronto como se elimine la fuente de combustible.

Esa combustión limitada es causada por la resina combinada con el carbono de la fibra, porque el carbono en sí no se quema. La única razón por la que la fibra se quema es porque los componentes que no son de carbono se quemarán.

Existen diferentes tipos de resina que pueden soportar diferentes variedades de calor. Una resina epoxi típica es buena hasta alrededor de 200 grados Fahrenheit, pero una resina de alta temperatura generalmente resistirá el calor hasta 400 grados. Siempre verifique las especificaciones de la resina que se está utilizando.

Debido a que la fibra de carbono es tan resistente al calor pero aún tan fuerte, se utiliza en muchas aplicaciones de ingeniería como el revestimiento interior de los motores.

¿Se puede oxidar la fibra de carbono?

No. Los estrechos enlaces de la fibra de carbono son inmunes a la oxidación debido a los complejos procesos químicos utilizados durante la fabricación. Las resinas epoxi que se utilizan para proteger la fibra de carbono de los daños son inertes, lo que significa que está a salvo del óxido y otros tipos de corrosión.

¿Qué resistencia tiene el filamento de fibra de carbono?

Un filamento de fibra de carbono es la cuerda individual que se utiliza en un tejido de fibra de carbono. Por lo general, esas hebras se unen mediante una resina, que es el RP en CFRP (plástico reforzado con fibra de carbono). Al combinar el material utilizado con la composición química exacta de la fibra de carbono, los ingenieros pueden crear algo aún más duradero, resistente y liviano que sus partes.

En una tela tejida, cada hebra de fibra de carbono normalmente tendrá entre 1,000 y 12,000 filamentos individuales, menos que el ancho de un cabello humano.

Entonces, ¿qué tan fuerte es la fibra de carbono? Digámoslo de esta manera:no hay muchos materiales en el mundo más fuertes que la fibra de carbono, especialmente los que no están disponibles comercialmente.

¿Quiere ver la fuerza de la fibra de carbono en acción? ¡Mira este video!

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