Tipos de fibras de carbono y el proceso de fabricación

Fibras de carbono  (CF) son fibras de aproximadamente 5 a 10 micrómetros de diámetro y compuestas principalmente de átomos de carbono.

Las ventajas de las fibras de carbono son varias:

• alta rigidez ,
• alta resistencia a la tracción ,
• bajo peso y
• alta resistencia química .

Después de leer este post, conocerás la principal clasificación de fibras de carbono, qué materias primas son necesarios y conocer su detallado proceso de fabricación.

Dicho esto, puede distinguir rápidamente la calidad de los productos de fibra de carbono y controlar todo el proceso de fabricación de manera más eficiente.

1. La clasificación general de las fibras de carbono

A. Basado en el módulo de tracción

Módulo de tracción de la fibra es el criterio clave para clasificar las fibras de carbono.

Básicamente, el módulo de tracción es la abreviatura de "módulo de elasticidad “, lo que significa una medida de cuán rígida es una fibra de cierto diámetro, o la resistencia al estiramiento, cuanto mayor sea el número, más rígida será la fibra.

B. Basado en el orden ascendente del módulo de tracción

Otras clasificaciones, en orden ascendente del módulo de tracción, incluyen "módulo estándar", "módulo intermedio", "módulo alto" y "módulo ultraalto".

Por ejemplo, las fibras de carbono de módulo ultraalto tienen un módulo de tracción de 500 millones a 1000 millones de kPa. En comparación, el acero tiene un módulo de tracción de unos 200 millones de kPa. Por lo tanto, la fibra de carbono más fuerte es unas cinco veces más fuerte que la del acero .

2. ¿Qué materias primas son necesarias para el proceso de fabricación?

La materia prima utilizada para fabricar fibra de carbono es el precursor .

A. Poliacrilonitrilo

Alrededor del 90% de las fibras de carbono están hechas de poliacrilonitrilo .

B. Brea de rayón o petróleo

Luego, el 10% restante son de rayon o brea de petróleo . Todos estos materiales son polímeros orgánicos, caracterizados por largas cadenas de moléculas unidas por átomos de carbono.

C. Gases y líquidos

Durante el proceso de fabricación, una variedad de gases y líquidos son indispensables.

Algunos de estos materiales deberían reaccionar con la fibra para lograr un efecto específico. Sin embargo, otros materiales no necesitan reaccionar o evitar ciertas reacciones con la fibra.

Al igual que con los precursores, las composiciones exactas de muchos de estos materiales de proceso son secretos comerciales.

3. El proceso de fabricación de la fibra de carbono

El proceso para fabricar fibras de carbono es parte químico y parte mecánica .

El precursor se dibuja en largas hebras o fibras y luego se calienta a una temperatura muy alta para evitar que entre en contacto con el oxígeno.

Sin el oxígeno , la fibra no puede quemarse. En cambio, la alta temperatura hace que los átomos de la fibra vibren violentamente hasta que la mayoría de los átomos que no son de carbono son expulsados. .

Este proceso es carbonización y deja una fibra compuesta de largas cadenas estrechamente entrelazadas de átomos de carbono con solo unos pocos átomos que no son de carbono.

En los siguientes párrafos de la publicación, le presentaremos una secuencia típica de operaciones utilizadas para formar fibras de carbono a partir de poliacrilonitrilo.

3.1 Girar

1) Mezclar polvo de plástico de aciclonitrilo con otro plástico (acrilato de metilo o metacrilato de metilo).

2) Ha reaccionado con un catalizador en un proceso convencional de polimerización en suspensión o solución para formar un plástico de poliacrilonitrilo.

3) Luego, el plástico se hila en fibras, que se lavan y estirado .

3.2 Estabilización

1) Antes de la carbonización, las fibras deben modificarse químicamente para convertir su enlace atómico lineal en un enlace en escalera más estable térmicamente.

2) Lograr la estabilización calentando las fibras en el aire a aproximadamente 200-300° C (390-590° F) para 30-120 minutos.

3.3 Carbonización

1) Una vez que finaliza el proceso de estabilización, las fibras se calientan a una temperatura de alrededor de 1000-3000 °C. (1830-5500 °F) durante varios minutos en un horno lleno de una mezcla de gases que no contiene oxígeno.

2) La presión del gas dentro del horno se mantiene más alta que la presión del aire exterior y los puntos donde las fibras entran y salen del horno están sellados para evitar que entre oxígeno .

3.4 Tratamiento de la superficie

Después de la carbonización, las fibras tienen una superficie que no se adhiere bien a los epoxis y otros materiales utilizados en los materiales compuestos. Para dar a las fibras mejores propiedades de unión , su superficie está ligeramente oxidado .

3.5 Tallas

1) Después del tratamiento de la superficie, las fibras se recubren para protegerlas de daños durante el enrollado o tejido. Este proceso se llama dimensionamiento .

Los materiales de revestimiento se eligen para que sean compatibles con el adhesivo utilizado para formar materiales compuestos. Materiales de revestimiento típicos incluyen epoxi, poliéster, nailon, uretano y otros.

2) Las fibras recubiertas se enrollan en cilindros llamados bobinas . Las bobinas se cargan en una máquina de hilar y las fibras se retuercen en hilos de varios tamaños.

Esa es la información básica sobre el proceso de fabricación de fibras de carbono y esperamos sinceramente que sea útil. No dude en dejar su comentario a continuación si tiene alguna pregunta.

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