La fibra de carbono es una fibra inorgánica (mineral) que sirve de materia prima para un material compuesto haciendo el papel del componente de refuerzo.
Aporta propiedades mecánicas, resistencia a la tracción específica, rigidez, dureza y modulo específico.
Los tipos de fibra de carbono que existen actualmente son:
- Ultra alto módulo (UHM) con un módulo elasticidad superior a los 500 Gpa
- Alto módulo (HM) con módulo de elasticidad superior a 300 Gpa y relación resistencia a la tracción/módulo de tensión menor del 1%
- Alta fuerza (HT) con valores de resistencia a la tensión superiores a 3 Gpa y relaciones resistencia a la tracción/módulo de 0.015-20
- Módulo intermedio (IM) con un módulo de tensión superior a 300 Gpa y relación de resistencia a la tracción/módulo del orden de 0.01
- Bajo módulo, con estructura isótropa, valores bajos del módulo de elasticidad y de resistencia a la tensión.
A partir de las temperaturas del tratamiento de calentamiento estos tipos de fibra se especifican de la siguiente manera:
Alto módulo (HM)
Más rígida y requiere más temperatura. Tiene un módulo especifico 70 veces superior al de las aleaciones de aluminio, el módulo específico es una propiedad de los materiales que consiste en el módulo de elasticidad por la densidad de masa de un material, también conocido como la rigidez en relación al peso o rigidez específica.
Este módulo tiene 7 micrómetros de diámetro de hilo, una densidad entre 1810 y 1870 kg/m cubico; un módulo de elasticidad de 390 Gpa, resistencia a la tracción entre 2,1 y 2,7 Gpa, elongación a la rotura del 0,7%, un módulo especifico de 210 y un coeficiente de expansión térmica de 2,56 x 10^-6 ° C.
Las fibras de alto modulo, altamente orientadas, obtenidas a partir del alquitrán, tienen estructura grafítica, es decir, que se ordenan en forma de láminas, lo cual no se observa en las fibras de carbono obtenidas a partir de PAN o rayón.
Alta resistencia (HR)
Es más fuerte y se carboniza a una temperatura que proporciona mayor resistencia tensil. Tiene 8 micrómetros de diámetro de hilo, una densidad entre 1740 y 1760 kg/m cubico, un módulo de elasticidad de 230 Gpa, resistencia a la tracción entre 2,6 y 5 Gpa, elongación a la rotura del 2%, un módulo específico de 130 y un coeficiente de expansión térmica igual que el de HM.
Tipo III
Es más económica, menos rígida, de buena resistencia, y usa la temperatura más baja en el tratamiento. Tiene de 7 a 8 micrómetros de diámetro de hilo, una densidad de 1820 kg/m cubico, un módulo de elasticidad de 290 Gpa, resistencia a la tracción de 3,1 Gpa, elongación a la rotura del 1,1%, un módulo específico de 160 y un coeficiente de expansión térmica igual a la de HM
Bajo modulo (menor a 70 Gpa) con una baja resistencia a la tracción (menor a 1Gpa), son producidas a partir del alquitrán isótropo.
Se pueden transformar en alto modulo mediante tracción de grafitización, que es un método de alto costo. Las fibras de bajo modulo obtenidas a partir de alquitrán, al igual q las fibras de modulo intermedio obtenidas de rayón y de PAN, tienen estructuras de grafito turbo-estático.
Las fibras de modulo elevado (mayores a 800 Gpa) se obtienen a partir de la mesofase del alquitrán (con las mismas características de un cristal líquido en una estructura similar a la del grafito).
Fuentes:
- http://www.fibradecarbono.es/articulos/que-es-fibra-carbono/
- Materiales compuestos, Volumen 1. Ed. Reverte. España. 2007. Antonio Miravete, Asociación Española de Materiales Compuestos