material avanzado líder del siglo XXI: Fibra de carbono

La fibra de carbono, un material de alto rendimiento con más del 90 % de contenido de carbono, se produce mediante la descomposición de fibras orgánicas en una estructura de armazón de carbono a altas temperaturas. Posee las características inherentes de los materiales de carbono y al mismo tiempo conserva la flexibilidad y trabajabilidad de las fibras textiles. Por consiguiente, encuentra amplia aplicación en palas de turbinas eólicas, aeroespacial, deportes y ocio, recipientes a presión, compuestos de carbono/carbono y en infraestructuras de transporte. Se trata de un material estratégico indispensable para el desarrollo económico nacional.

Clasificación

1. Por materia prima

Las fibras de carbono se clasifican en tres sistemas principales de materia prima: basadas en poliacrilonitrilo, basadas en alquitrán y basadas en viscosa. Entre estas, las fibras de carbono basadas en alquitrán y en viscosa tienen aplicaciones y volúmenes de producción relativamente limitados. Las fibras de carbono basadas en poliacrilonitrilo, sin embargo, poseen características estructurales y funcionales superiores, lo que las convierte en la variedad predominante en el desarrollo y la aplicación de fibras de carbono, representando más del 90 % de la producción mundial.

2. Por cantidad de fibra

Las fibras de carbono se pueden clasificar como de pequeño hilo o gran hilo según la cantidad de fibras. Las fibras de carbono de pequeño hilo hacen referencia a aquellas con cantidades de hilo <24K, inicialmente dominadas por 1K, 3K y 6K, evolucionando gradualmente hacia 12K y 24K. Estas fibras presentan propiedades mecánicas sobresalientes, con resistencias a la tracción que oscilan entre 3500 y 7000 MPa y módulos de tracción entre 230 y 680 GPa. Se utilizan principalmente en sectores de alta tecnología como defensa, aeroespacial y aplicaciones militares, así como en artículos deportivos y de ocio. Ejemplos incluyen aviones, misiles, cohetes, satélites, equipos de pesca, palos de golf y raquetas de tenis.

Las fibras de carbono de gran hilo generalmente denotan aquellas con conteos de hilo superiores a 48K, incluyendo variantes de 48K, 60K y 80K. Estas presentan resistencias a la tracción de 3500–5000 MPa y módulos de tracción de 230–290 GPa. Las aplicaciones principales abarcan la fabricación automotriz, palas de turbinas eólicas, construcción eficiente en energía, textiles, equipos médicos y de salud, sistemas electromecánicos, ingeniería civil e infraestructura de transporte.

Las fibras de carbono de pequeño hilo ofrecen un rendimiento superior pero tienen precios más altos, mientras que las variantes de gran hilo presentan un rendimiento relativamente menor aunque con costos reducidos. La ventaja principal de las fibras de gran hilo frente a las de pequeño hilo radica en aumentar sustancialmente la capacidad de producción por línea individual bajo condiciones de fabricación idénticas, logrando así una producción rentable. Además, demuestran una mayor eficiencia en el laminado durante la fabricación de compuestos, lo que potencialmente puede reducir los costos de producción en más del 30%.

3. Por propiedades mecánicas

La resistencia a la tracción y el módulo de tracción son los dos indicadores más críticos para evaluar el rendimiento de las fibras de carbono. La resistencia a la tracción generalmente denota el esfuerzo máximo que un material puede soportar antes de fracturarse, mientras que el módulo de tracción representa la relación entre esfuerzo y deformación durante la deformación elástica, reflejando la rigidez del material. Fibras de carbono se clasifican en dos series: serie T (fibras de carbono de alta resistencia) y serie M (alta rigidez fibras de carbono ). Las fibras de carbono de la serie T son más ampliamente utilizadas en el mercado, incluyendo grados como T300, T400, T700, T800 y T1100.

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