La fibra de carbono.

En la actualidad la fibra de carbono está mucho más presente en la vida cotidiana de lo que uno pueda pensar, pero sobretodo es en la industria del automovilismo o aeronaútica donde mayor partido se saca a esta fibra de tan magnificas propiedades.

La facultad del átomo de carbono para enlazarse fuertemente consigo mismo , es la base de todos los productos químicos. Sin el enlace carbono-carbono, la vida , como la conocemos hoy , no podría existir. Pero ahora , incrustando varias fibras basadas en cadenas de carbono en una matriz apropiada , los tecnólogos están creando materiales compuestos que aprovechan la fortaleza del enlace de carbono. Volumen por volumen , estos supermateriales sintéticos son tan fuertes como el metal , pero mucho más livianos y se pueden diseñar por ordenador.

La demostración más dramática de la robustez del enlace carbono-carbono , se ve cuando los átomos de carbono están dispuestos como un cristal de diamante , la más dura de las substancias conocidas. Pero cuando los átomos de carbono están dispuestos para producir un cristal de grafito los átomos se hallan en capas , y aunque el cristal no es especialmente resistente a la fuerza en ángulo recto con las capas , es muy fuerte cuando aquélla se ejerce paralelamente a esas capas.

El primer desafío para los ingenieros químicos que inventaron la fibra de carbono, fue orientar diminutos cristales individuales de un compuesto de la cadena de carbono. Un método de alineación de las fibras , consistía en estirarlas de modo que todos los cristales fueron sometidos a la tracción en la misma dirección. Pero más tarde se descubrió que las fibras producidas mediante tratamiento térmico de un compuesto de la cadena de carbono , el pliacrilonitrilo (PAN), se alineaban de modo natural en determinada dirección , y el grado de alineación obtenido por este método químico , era mayor del que podía obtenerse por tracción.

Sin embargo, el paso crucial sobre el que se basa ahora la mayor parte de la producción de fibra de carbono , era combinar la tendencia del PAN a alinearse naturalmente con la tracción mecánica aplicada durante una fase intermedia del proceso de producción de PAN.

Las fibras de PAN son muy fuertes y extraordinariamente rígidas. Sin embargo , para obtener de esas características un aprovechamiento práctico , los ingenieros químicos tuvieron que encontrar un procedimiento para combinar las fibras con un material matricial apropiado para formar un compuesto. De este modo , los finísimos filamentos individuales de 7 a 8 micrometros de diámetro , se enlazan entre sí , permitiendo que se transfieran las cargas por toda la matriz de fibra a fibra en orden a lograr un rendimiento mecánico útil.

En los últimos años el tema de los compuestos de fibras , se ha ampliado de tal manera , que las fibras de carbono constituyen ahora sólo una de una serie de fibras de refuerzo con que se cuenta para su uso en materiales compuestos.

También se ha investigado una amplia gama de materiales matriciales , con inclusión del vidrio , las cerámicas y varios polímeros. Se han elaborado incluso compuestos de matriz metálicas en aluminio , magnesio , estaño y plomo con cierto éxito y se emplean en aplicaciones extremadamente especializadas.

Una propiedad especial de los compuestos de fibras , es que son anisótropos: su fortaleza difiere de conformidad con la dirección en que se aplica una fuerza respecto de la dirección de las fibras. Por ejemplo , si se tira del material en paralelo a la dirección de las fibras tendrá una inmensa fortaleza , pero si se aplican fuerzas a 90º de la alineación de la fibra la resistencia del compuesto depende casi exclusivamente de la matriz de resina relativamente endeble.


Los laminados de fibra de Carbono

Si los compuestos se usan en hojas y si han de resistir fuerzas en más de una dirección , es necesario construir capas laminares alternadas de fibra y resina en direcciones diferentes. Con esta disposición , la capa laminar que proporciona la mayor parte de la fortaleza variará de acuerdo con la dirección de la fuerza de tracción aplicada.

Además de poseer propiedades diferentes en las direcciones longitudinal y transversal , los compuestos exhiben diferentes propiedades de tracción y de compresión. En realidad, teniendo tantas propiedades que considerar , los materiales de fibras se convierten en algo extremadamente sofisticado para trabajar con ellos. Los cálculos propios de un componente sometido a un sistema de tensiones multidireccionales , son tan laboriosos , que se han creado especialmente programas de ordenador para ser usados de manera óptima en consonancia con la alineación específica de sus fibras.

Con la ayuda del ordenador , el proyectista puede seleccionar individualmente la fibra , la matriz , el contenido de la fibra y la orientación del laminado que proporcionarán la rigidez o la fortaleza necesarias , en la dirección y la ubicación deseadas. También pueden usarse ordenadores para controlar los sumamente intrincados modelos en que están colocadas las fibras , con miras a ofrecer la combinación óptima de propiedades mecánicas.

Los compuestos de plástico reforzado tienen una resistencia análoga a la del metal , si se comparan volumen por volumen. Sin embargo , los materiales son menos densos que los metales y por ello ofrecen importantes economías de peso. Los plásticos reforzados también se moldean fácilmente en formas de gran tamaño y aerodinámicamente eficientes , lo que reduce el número de piezas individuales que se necesitan para las estructuras metálicas.