Su densidad es baja (1,6 kg/dm^), lo cual implica que sus propiedades mecánicas específicas o por unidad de peso sean excepcionalmente elevadas.
Su coste, más elevado que el de las fibras de vidrio, está bajando drásticamente, debido al aumento de la demanda, al ser aplicado en numerosos sectores productivos además del aerospacial: deporte, transporte terrestre, marina, etc. Su incorporación junto con fibras de vidrio o aramida (materiales híbridos) presenta buenas expectativas, al presentar las tres fibras propiedades complementarias.
Entre las fibras de carbono de bajo coste de uso actual se pueden citar las siguientes: Fortafil 510-80K, Toray S 400-70K, Zoltek Panex 33-48K, Graphi 34-48K, Toray T700-24K, Toray T600-24K, Tenax HTS 5631- 24K y Tenax STS 5631-24K.
Tipos de fibras de carbono:
Al haber tratado con distintas temperaturas para la fabricación de este material, podemos distinguir 3 tipos de fibras de carbono:
La fibra de alto módulo (HM) es la más rígida y requiere la mayor temperatura en el tratamiento.
La fibra de alta resistencia (HR) es la más fuerte y se carboniza a la temperatura que proporciona la mayor resistencia a tracción.
El último tipo de fibra (III) es la más barata; la rigidez es menor que en las anteriores pero la asistencia es buena. Este tipo tiene la temperatura más baja en el tratamiento.
- Obtención y fabricación
Existen al menos 3 tipos de fibras de carbono, principalmente compuestos por materia prima. Pero existen 3 fases por las que tiene que pasar, mientras se pasa por cada una de ellas se puede observar como las propiedades de la fibra van cambiando:
En la primera etapa es necesario elegir la materia prima adecuada para la producción de fibra de carbono. En este método de producción, los fabricantes utilizaron fibras continuas de poliacrilonitrilo (PAN). Esta fibra tiene una resistencia a la tracción de 60 N / mm2 y un módulo elástico de 3,8 kN / mm2.
Las propiedades de las fibras PAN pueden ser diferentes para cada fabricante. Las fibras PAN pueden costar hasta un 50% del precio futuro de la fibra de carbono. Es por eso que algunos fabricantes utilizan sus propias fibras PAN.
Para conseguir fibras continuas, se requieren carretes pesados de fibras precursoras, e instalaciones de manipulación de cajas mejoradas diseñadas para adaptarse a los grandes paquetes. La introducción de la robótica para el empalme continuo puede reducir el tiempo de inactividad. La regla de oro con el manejo de precursores es tener el menor número de puntos de contacto para minimizar el daño del filamento.
Oxidación:
El precursor acrílico se estabiliza por calentamiento a bajas temperaturas controlado (200-3000 ? C) en aire para convertir el precursor en una forma que puede tratarse adicionalmente por calor sin que se produzca la fusión o fusión de las fibras. Para conseguir este objetivo, debe utilizarse una velocidad lenta de calentamiento para evitar exotermas de escurrimiento que se produzcan durante el proceso de estabilización, exacerbados por el precursor PAN que es un pobre conductor de calor. Morgan (2005)
Durante la oxidación del PAN se desarrollan gases tales como HCN, H2O, CO2, CO, NH3, nitrilos y diversos alquitranes y ha sido la práctica habitual el pasar estos gases calientes a aproximadamente 3000ºC sobre un metal del grupo de platino calentado depositado directamente sobre un alto Material superficial revestido sobre un bloque monolítico cerámico poroso.
- Características y propiedades
Se distinguen por sus características específicas elevadas. Las fibras HM tienen un módulo específico 70 veces superior al de las aleaciones de aluminio (Tabla 7).
-Tienen un coeficiente de dilatación muy bajo, lo cual les permite una gran estabilidad dimensional a las estructuras y una conductividad térmica muy elevada, perfecta para una construcción.
Alta rigidez específica y gran resistencia.
Tiene una resistencia a la fatiga asombrosa, la más elevada hasta ahora conocida.
Su resistencia al roce es muy baja, lo que condiciona su manipulación.
No presenta plasticidad, el límite de rotura coincide con el límite elástico
- Usos y aplicaciones
La fibra de carbono se ha convertido en un material notable en la ingeniería estructural, que se utiliza en el número de aplicaciones de campo, incluyendo: el fortalecimiento de hormigón, mampostería, acero, hierro fundido y estructuras de madera
La fibra de carbono también se ha convertido en un uso cada vez más popular en la adaptación de edificios antiguos y puentes mediante el refuerzo de las partes existentes de las estructuras.
El alto costo es a menudo mitigado por el hecho de que normalmente sería mucho más caro para reemplazar las partes en lugar de sólo reforzar
Actualmente el fortalecimiento es uno de los casos más comunes para la aplicación de fibras de carbono en la ingeniería de edificios. La idea principal es pegar textiles o laminados sobre
Superficies externas de la estructura para mejorar la resistencia y la rigidez.
Este tipo de refuerzo externo se utiliza para proporcionar un uso a prueba de fallos de
La aplicación de este refuerzo para las estructuras
Económicamente razonable.
- Problemas en su producción para su uso
Tienen los inconvenientes del coste: la baja Resistencia al impacto de baja energía y las diferencias de potencial que engendran al contacto con los metales, que pueden favorecer corrosiones de tipo galvánico.
Nadie se podría morir por tocar una fibra de carbono, ni tampoco mutarás ni desarrollarás una enfermedad terminal, sin embargo, debes de saber que durante la fractura o la fabricación, la fibra de carbono genera un residuo nocivo para la salud.
Los principales peligros de fibra de carbono se generan al manejar el material en bruto así como en las fases de acabado, pulido y corte ya que la abrasión mecánica genera desechos que a su vez pueden causar irritaciones en seres humanos similares a la de las fibras de vidrio.
Las fibras de carbono tienen por norma general un tamaño de seis micrómetros de diámetro, haciéndolas respirables. A pesar de que en un principio se informó que los trabajadores dedicados a la producción de fibra de carbono no mostraban una función pulmonar anómala y no se han registrado enfermedades relacionados con el polvo de deshecho, los expertos no quisieron eliminar la posibilidad de que esto emanase en un mayor espacio de tiempo.
- Reemplazante
Las barras de fibra de carbono poseen excelentes propiedades mecánicas especialmente concebidas para ambientes agresivos. El principal beneficio de este tipo de productos es su alta resistencia a agentes corrosivos, incluso mayor que el acero.
La infraestructura en industrias como la construcción y la minería, se degrada continuamente y pierde su capacidad estructural, con el paso del tiempo, por los golpes, los sismos de gran intensidad, los terremotos, esta situación se ve mucho más agravada cuando la estructura está emplazada en suelos con alto nivel alcalino o en ambientes agresivos que deterioran la resistencia de los materiales disminuyendo la vida útil de la estructura.
Esta degradación incide con el tiempo en la capacidad resistente de la estructura, la cual va disminuyendo a medida que los elementos de hormigón armado pierden su recubrimiento, se fisuras y se oxidan las armaduras.
Las barras de fibra de carbono puede ser usadas también en otros elementos estructurales como losas de puentes expuestas a extremas condiciones del tiempo, por ejemplo, ubicadas en zonas de heladas, en donde se usan sales para derretir la nieve.
En conclusión la fibra de carbono es un muy buen reemplazante en estructuras propensas a recibir impactos aunque coste más que un material convencional.
- Ficha técnica
La ficha técnica se encuentra en la tabla 9
Referencias bibliográficas
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Anexos
Lista de Imágenes
Imagen 1: Espuma de aluminio de poro cerrado. Fuente: Gutiérrez y Oroño (2008)
Imagen 3: Diagrama esquemático de la fabricación de espuma de aluminio por el metodo de la inyeccion de gas burbujeante. Fuente: Saira Amjad (2001)
Imagen 4: El proceso de los pasos en la producción de espumas de aluminio por la adición de un agente espumante. Saira Amjad (2001)
Imagen 5: Producción de espuma de aluminio por el método de introducción de materiales de molde extraíbles. Saira Amjad (2001)
Imagen 7: Barra de ECC en pruebas de resistencia a esfuerzos de flexión: Fuente:
Imagen 8: Comportamiento de flexión del ECC. Fuente: Victor C. Li, 1998
Imagen 9: Comportamiento de la deformación por Tracción. Fuente: Victor C. Li, 1998
Imagen 10: Patrón de daños en viga de concreto común de corte con carga cíclica. Fuente: Victor C. Li, 1998.
Imagen 12: Dependencia del petróleo para la produccion de los tubo. Fuente: Vegas, R., 2013.
Imagen 13: Dilatación alta en las tuberías. Fuente: Vegas, R., 2013.
Imagen 15: Ficha técnica de los tubos de polietileno de alta densidad. Fuente: Agitaly.Sac, s.f.
Imagen 16: Hoja de seguridad del tubo de polietileno de alta densidad. Fuente: wlplastics, 2011
Imagen 17: Agregados de cristales de calcita romboédricos y/o planares formados tras la carbonatación del sobrenadante de una cal de carburo optimizada (Geosilex, España)
Lista de Tablas
Tabla 1: Propiedades mecánicas para dos tipos de espumas de aluminio diferentes. Fuente: Patrocinado por Goodfellow (2014)
Tabla 3: Características técnicas de la tubería de polietileno para conducción de gas en viviendas. Fuente: wlplastics. (2011)
Tabla 4: Ficha Técnica de GeoSilex
Autores Código
CARDENAS JUAN DE DIOS, CYNTIA PAOLA 1520447
CURO ESTRADA, CINTIA LIZ 1520837
DE LA CRUZ HURTADO, ANTONIO ALEXANDRE 1610241
LINARES TEJEDA, JHAMILL JHOSUA 1521223
Universidad San Ignacio de Loyola
Tecnología de los Materiales
2017-01
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