FABRICACION DE LA FIBRA TEXTIL A BASE DE CARBONO-S4N3
El nombre de fibra de carbono es otorgado porque contiene hilos compuestos de mini filamentos de carbono, con diámetros entre 5 y 10 µm (Llano, 2009). Su composición atómica es cercana al grafito. En el grafito los microfilamentos o placas de carbono se colocan ordenadamente unas sobre otras y se entrelazan con fuerzas débiles, por lo que el grafito es blando y muchas veces transparente. En el caso de la fibra de carbono, miles de microfilamentos se apilan de manera desordenada y densa, lo que le da gran resistencia al material. Se considera que la fibra de carbono tiene mejores características que el acero ya su resistencia mecánica es 10 veces mayor. Adicionalmente es un material muy liviano, como el plástico, con una densidad de 1.750 kg/m3 (Bolufe et al 2007).
HISTORIA
La fibra de carbono se utilizó por primera vez en 1879. Thomas Alba Edison lo patentó para utilizarlo como filamento para la bombilla eléctrica. En 1958, Robert Bacon generó una investigación sobre fibras de alto rendimiento en el Centro Técnico de Unión Carbide en Parma en Cleveland, Ohio, lamentablemente este procedimiento fue muy poco efectivo ya que provocaba la acumulación de solamente el 20% del carbono. Les conocen como “mechas de carbono”, estas mechas se trenzan en ambas direcciones de manera que se forme una tela. Existen varios tipos de trenzado según el uso del material. Existe el trenzado llamado roving donde intervienen 12,000 filamentos. Un trenzado más fuerte es llamado heavy roving o trenzado pesado que incluye hasta 400,000 filamentos y produce un material mucho más resistente. Una vez realizado el trenzado, la tela resultante se somete a un proceso donde se le aplica la resina epóxica y el catalizador. De acuerdo con el tipo de trenzado se puede especificar que la resistencia del tejido sea mayor en una dirección que en otra. La resistencia de la fibra de carbono se puede observar en el momento de un impacto, donde la fuerza del objeto que impacta se distribuye entre miles de hilos de carbono. Ello provoca que en muchos casos el material ni se deforme.
Muchas estructuras por haber superado su vida útil o haber sobrepasado un evento catastrófico requieren de una intervención para restaurar su capacidad. El objetivo es dar seguridad para que la estructura pueda superar con solvencia cualquier demanda de fuerza excepcional que se pueda provocar. Una forma muy moderna y práctica de restaurar la capacidad de una estructura es la fibra de carbono ya que este material ofrece características excelentes para la asimilación de esfuerzos y es poco vulnerable.
COMPONENTES DE LA FIBRA DE CARBONO
El componente más importante de la fibra de carbono es el PAN (poliacrilonitrilo). Los hilos de PAN entrelazados conforman la fibra de carbono. El petróleo está constituido principalmente de carbono, el cual procede de una fuente de fósiles orgánicos, por lo que, la mayoría de los componentes de la fibra de carbono provienen del petróleo.
La fibra de carbono se comercializa en forma de tela con diferentes espesores. Sus características principales son las siguientes:
• Elevada resistencia a la tensión y compresión.
• Elevado precio.
• Muy liviano y con una alta relación resistencia/peso.
• Estable ante ataque de agentes externos.
• Elevado módulo de elasticidad
PRODUCCION
A través de un proceso de calentamiento del PAN, las moléculas diferentes al carbono, salen del compuesto, mientras las moléculas de carbono se reordenan, conformando una unión hexagonal fuerte. Así, la fibra de carbono resulta de la quema del elemento precursor que elimina los compuestos químicos extraños. El procedimiento más utilizado para producir la fibra de carbono es el siguiente: A una temperatura de 300 °C el material es estirado en un horno especial, provocando el alineamiento de las moléculas para su estabilización. Después de 1000 °C se queman los rastros de nitrógeno o hidrógeno y las moléculas de carbono se orientan de forma hexagonal a lo largo de la fibra. Adicionando un nuevo periodo de calentamiento a 2000 °C, se le aplica finalmente un catalizador que provee de adherencia a la fibra. El resultado obtenido son filamentos de carbono con una pureza del 95 al 99 %. Este material es trefilado a diámetros de 5 a 10 um, 5 veces más fino que un cabello humano. Los hilos trefilados de carbono se esfuerzos de tensión cuando el acero ha dejado de ejercer su función y aumenta el confinamiento.
VENTAJAS DEL USO DE FIBRAS DE CARBONO EN ESTRUCTURAS
Entre las ventajas de usar la fibra de carbono como estructura de refuerzo están: mayor resistencia a los impactos, mayor resistencia al fuego y mejor aislamiento térmico. El aumento de la resistencia aporta mayor capacidad a esfuerzos de tensión y confinamiento de los elementos compuestos. La fibra de carbono puede ser utilizada para reforzar vigas y restaurar su capacidad a la tensión, así como aumentar o reconstruir el confinamiento. En el caso de las vigas se puede utilizar en tiras para ayudar a la captación de los esfuerzos tensionantes en el caso de que las varillas de acero estén muy deterioradas. En las columnas, se considera una mejor disposición la colocación de un encamisado con fibra de carbono, restaurando su capacidad para resistir
En las columnas, se considera una mejor disposición la colocación de un encamisado con fibra de carbono, restaurando su capacidad para resistir a ataques externos. La fibra de carbono fue patentada hace casi 200 años pero su uso se populariza a partir de los años ochenta, donde se utiliza en automóviles, naves espaciales y en la construcción. La fibra de carbono es 10 veces más resistente que el acero, ya que puede alcanzar una pureza de hasta el 99% de carbono. Una tela de fibra de carbono puede llegar a tener hasta 400,000 hilos más delgados que un cabello humano que se unen para generar su gran resistencia. En la construcción, utilizar fibra de carbono, actualmente, es caro en comparación con otros materiales pero ofrece beneficios superiores que cualquier otro.
FUENTE: Moncayo Theurer.
46750927006.pdf (redalyc.org
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