Examples: What is and is not Labeling Example

Las fibras de carbono o fibras de carbón (FC) tienen un diámetro de 7 a 8 m estas son sólidos que presentan una morfología fibrosa en forma de filamentos, o una trenza de éstos, y con un contenido mínimo en carbono del 92 % en peso. Se obtienen por carbonización (ver concepto en el anexo 2) (1200–1400 ºC) de fibras orgánicas naturales o sintéticas. En la mayoría de los casos, las fibras de carbono permanecen como carbón no grafítico. Por tanto en término de fibras de grafito solo está justificado cuando las fibras de carbono

(siempre y cuando sean grafitizables) han sido sometidas a un tratamiento térmico de grafitización (2000–3000 ºC) que les confiere un orden cristalino tridimensional que puede observarse mediante difracción de rayos x.

Las primeras fibras de carbono utilizadas industrialmente se deben a Tomas Alba Edison (1847-1941), el cual preparó fibras de carbono por carbonización de filamentos de fibras de bambú (celulosa) y fueron utilizadas en la preparación de filamentos para lámparas incandescentes.

Formas comercialmente disponibles de las fibras de carbono.

Las fibras de carbono se encuentran disponibles en formas continuas, sueltas (chopped), en mantas y tejidos. Las fibras continuas se producen en las siguientes formas. Hilos (Tow), Líneas (yarns), mechas (rovings) y cintas (tapes).

Figura 2.8 Presentaciones comerciales de la fibra de Carbono.

Aunque existe una gran variedad de FC basadas en los distintos precursores, procesos químicos y tecnológicos, su preparación conlleva las siguientes etapas comunes:

−Hilado de las fibras a partir de una disolución o fundido:

−Estabilización de las fibras hiladas mediante pre-oxidación o estabilización térmica, para evitar que la fibra se funda en el posterior proceso de carbonización.

−Carbonización en atmósfera inerte (1200 – 1400 ºC).

Con estas etapas se obtienen las denominadas fibras de carbono de uso general (FCUG). Para obtener fibras de carbono de altas prestaciones (FCAP), fibras de carbono conductoras (FC) o fibras de grafito (FG) es necesario someter las FC a tratamientos térmicos adicionales a temperaturas que pueden variar entre los 2000 y los 3000 ºC.

Según (Serope Kalpakjian 2002) las fibras de carbono pueden clasificarse, de acuerdo con los últimos medios internacionales, de tres modos diferentes:

1.En base a la temperatura final de tratamiento térmico de su conversión: Se puede clasificar en fibras de carbono de tratamiento térmico elevado (HTT), en fibras de carbono de tratamiento térmico intermedio (IHT) y fibras de carbono de tratamiento térmico bajo (LHT).

2.En base al precursor utilizado: Se clasifican en fibras de carbono base “PAN”, fibras de carbono base alquitrán (pitch), fibras de carbono mesofase de alquitrán isotrópico, fibras de carbono base rayón y fibras de carbono de crecimiento a partir de fase gaseosa.

3.En base a las propiedades mecánicas de la fibra en:

−Fibras de ultra alto módulo (UHM): Son aquellas que presentan un módulo elasticidad superior a los 500 GPa.

−Fibras de alto módulo (HM): Presentan un módulo de elasticidad superior a 300 GPa, pero con una relación resistencia a la tracción y módulo de tensión menor del 1%.

−Fibras de alta fuerza (HT): Presentan valores de resistencia a la tensión superiores a 3 GPa y con relaciones resistencia a la tracción/módulo de 0.015-20.

−Fibras de módulo intermedio (IM): Presentan valores del módulo de tensión de hasta 300 GPa y relaciones de resistencia a la tracción/módulo mayor de 0.01.

−Fibras de bajo módulo: Son FC de estructura isótropa, con rigideces tan bajas como 100 GPa y resistencias también bajas.

En el anexo 4 se pueden ver las principales propiedades de las fibras de carbono más utilizadas.

En la actualidad, las fibras de carbono se obtienen de tres tipos fundamentales de precursores, el PAN, que da lugar a fibras de buenas propiedades y coste asequible, el rayón, menos utilizado cada vez y que produce fibras considerablemente más caras debido a las elevadísimas temperaturas necesarias para su adecuada grafitización y el alquitrán, brea o betún de asfalto que da lugar a las fibras de menor coste debido a lo barato del precursor y que se encarecen más o menos dependiendo de las condiciones del tratamiento térmico utilizado en la conversión de la fibra.

Figura 2.9 Fabricación de la fibra de Carbono.

Propiedades mecánicas.

Las mejores propiedades mecánicas de las fibras de carbono se obtienen de asociarlas con matrices del tipo epoxi. Una característica interesante de la misma es su coeficiente de expansión térmica negativo en la dirección de las fibras y positivo en sentido transversal. Mediante una adecuada combinación de matrices y refuerzos, es posible obtener un material resultante que no sufra deformaciones térmicas en un amplio rango de temperaturas (material con elevada estabilidad dimensional).

Además de esta particular característica, podemos destacar otras importantes propiedades:

− Buen comportamiento a la fatiga.

− Buena conductividad térmica.

− Buena conductividad eléctrica.

− Bajo coeficiente de dilatación térmica.

− Resistencia a altas temperaturas.

− Elevada resistencia química a ácidos, disolventes y álcalis.

− No se ven afectadas por el contacto con agua de mar.

Como desventaja principal podemos mencionar su elevado coste, por lo que se suelen combinar con otros materiales de refuerzos más económicos.

Con estas fibras de carbono se crean los llamados materiales compuestos carbono - carbono son un tipo particular de materiales compuestos en los que se combinan un refuerzo de carbono (generalmente una FC) y una matriz también carbonosa (resinas, polímeros o breas, con las que primero se impregna la fibra y luego se carbonizan para dar lugar a esta matriz). Este tipo de materiales se caracterizan por ser ligeros y a la vez densos, con altas prestaciones mecánicas, alta resistencia térmica (en atmósfera no oxidante) y muy inertes ante la mayoría de agentes químicos. Por el contrario su punto débil es la gran reactividad en atmósfera oxidante cuando se sobrepasan los 400-500 ºC. También son materiales de alto coste aunque los avances tecnológicos y su uso más generalizado tienden a abaratar sus costes.

En la figura 2.11 se muestra un ejemplo de las aplicaciones de las fibras de carbono, en este caso son utilizada para reforzar columnas de hormigón armado, estos trabajos son realizados por una empresa chilena llamada “Tecnologías Estructurales Avanzadas S.A.”

(TECNOAV S.A.), una empresa de servicio, formada por Profesionales de la construcción chilenos con más de 30 años de experiencia en diseño y construcción de estructuras diversas.

Figura 2.10 Aplicaciones de la fibra de Carbono.

Figura 2.11 Refuerzo con fibra de Carbono columnas de hormigón armado, edificio Clínica Las Condes.