Buenos Días, les dejo el link de descarga de la carpeta que se usará en el transcurso de la cursada de la materia. La clave de acceso es aquella que fue o será brindada en clase. Saludos
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Guia de evaluación de la sección
Les comparto la guía, de la cual, realizándola, les servirá de resumen para la evaluación de la materia. La clave es la misma que la utilizada para la carpeta Saludos.
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Clasificacion de los plasticos, segun su utilidad
Este tipo se deriva de las propiedades físicas que ofrecen los diferentes polímeros, por lo general los polímeros de alta especialidad son los de mayor resistencia mecánica, térmica, química o combinación de propiedades y son sintetizados o formulados de manera muy única como polímeros de cristal líquido.
Los polímeros de ingeniería también tienen excelentes propiedades físicas pero son un poco más comunes, ejemplos de estas resinas son las poliamidas (PA), acetal o polioximetileno (POM), algunos poliésteres del poli-etilen tereftalato (PET) cristalinos grado ingeniería, etc.
Los polímeros funcionales son aquellos que aunque no tienen altas propiedades físicas ofrecen algun beneficio sobre los polímeros comunes, por ejemplo, un policarbonato ofrece una muy buena resistencia al impacto o un etilen vinil acetato (EVA) ofrece un mejor sello a los empaques que un polietileno.
Finalmente los polímeros comunes o "commodity" son los más sencillos y con propiedades físicas simples como el polietileno (PE) o el polipropileno (PP).
Aquí la pirámide con diferentes ejemplos sobre este tipo de clasificación:
Fuente: http://www.todoenpolimeros.com/
¿Por qué el Film plástico es adherente?
Este tipo de plástico es un material que se pega a la perfección a todo aquello que cubre, especialmente a los alimentos, pero en realidad no es adherente; no se pega a ningún sitio ni requiere esfuerzo para ser despegado. Lo que ocurre es que, debido a la electricidad estática, pensamos que tiene propiedades adherentes. "Cualquier tipo de polímero orgánico se electriza debido a fuerzas electrostáticas y esto hace que se pegue",
Carpeta Metrología 6to Año
Buenas, en el link que se adjunta a continuación, se encuentra la carpeta de la Sección Metrología, la clave para abrir el archivo, se la dará el profesor.
.Saludos
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CARPETA DE CLASE 2016
Buenas Tardes Alumnos, les dejo el link de donde poder descargar la carpeta que será utilizada durante el desarrollo de las clases. La clave es aquella que fue informada en clase.
Saludos
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Saludos
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Bolsas con burbujas de aire
El film alveolar también llamado coloquialmente plástico de burbuja, es un material plástico flexible y transparente usado comúnmente para embalar artículos frágiles. Las bolsitas llenas de aire y espaciadas regularmente que sobresalen (lasburbujas) proporcionan amortiguación a los artículos delicados o frágiles. El término inglés (Bubble Wrap) es una marcaregistrada originalmente por la Sealed Air Corporation, y se debe utilizar teóricamente solamente para los productos de esa compañía.
El film alveolar fue creado por los ingenieros Alfred Fielding y Marc Chavannes en 1957. Como muchas innovaciones, fue accidental: los dos intentaban crear un papel pintado plástico texturado y con base de papel que pudiera ser limpiado fácilmente.
El material generalmente disponible se fabrica con las burbujas de aire en diversos tamaños, dependiendo del tamaño del objeto a embalalar y del grado de amortiguación requerido. Pueden ir de 6 mm a 30 mm o más. Varias capas pueden ser necesarias para proporcionar protección contra impactos, mientras que una capa puede ser suficiente para proteger superficies. Además de la protección dada por las burbujas, el material plástico por sí puede ofrecer diferentes formas de protección para el objeto en cuestión. Por ejemplo, al transportar piezas y componentes electrónicos sensibles, se utiliza un tipo de envoltorio a base de plástico antiestático que disipa las cargas estáticas, de modo que protege los sensibles chips electrónicos de las descargas que puedan dañarlos. Recubierto con papel de aluminio el film alveolar se utiliza como aislante térmico y acústico. Las burbujas pueden moldearse en cualquiera forma, incluso en forma de corazón, como lo hizo la empresa italiana Torninova en 1997.
El plástico de burbuja es utilizado por algunos como diversión o distracción, haciendo estallar de las burbujas plásticas y escuchando el sonido que hacen. Esta práctica incluso ha creado una página web en la cual uno puede mover el ratón sobre las burbujas y oírlas estallar.
Material de clases 2016
Hola alumnos, les dejo el material de clase para ser utilizado como material de apoyo a nuestras clases.
Ingresen al siguiente link e introduzcan las clave que les brinde en clases.
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tapers, ¿cual elegir? y ¿por que?
Los recipientes de plástico han de cumplir una serie de requisitos para garantizar que transportamos nuestros alimentos de manera segura y evitar la migración de ciertas sustancias y la proliferación de microorganismos que contaminen los alimentos.
Entonces, ¿qué envase debo elegir?
El tipo de envase que elijamos tendrá su influencia en la seguridad de los alimentos y en las potenciales infecciones alimentarias.
Lo más recomendable, aunque sea el más incómodo por su peso y fragilidad, es el uso del vidrio con tapas plásticas porque estaremos evitando la migración de partículas plásticas a los alimentos, como el Bisfenol A (BPA), PCBs, PBDE, ftalatos, colorantes y otras peligrosas toxinas.
Si finalmente nos decantamos por el uso de recipientes plásticos, debemos de comprobar que sean aptos para uso alimentario, identificándose claramente con este símbolo:
También tendremos en cuenta el tipo de plástico con el que está fabricado el recipiente, ya que podremos identificar si es o no seguro. Con esta breve guía podremos distinguirlos fácilmente:
PETE (Polietileno teraftalato): Suele estar presente en todo tipo de botellas de uso alimentario (refrescos, agua, aceites). Su uso es seguro.
HDPE (Polietileno de alta densidad): Presente en recipientes de yogur y bolsas de plástico. Es de los plásticosmás seguros.
V / PVC (Vinilo / Policloruro de vinilo): Presente en envases de condimentos y en ciertos films transparentes. Se debe evitar su uso ya que desprenden plomo y ftalatos.
LDPE (Polietileno de baja densidad): Presentes en bolsas de plástico y contenedores de alimentos. También sonde los más seguros.
PP (Polipropileno): Presente en tapas de botellas, recipientes plásticos (el caso que nos ocupa), vajillas plásticas. Son de los plásticos más seguros.
PS (Poliestireno): Presente en las bandejas de carne y recipientes desechables. Se deberá de evitar su uso, ya que desprenden alquifenoles estrogénicos, que van a actuar como disruptores endocrinos, como el bisfenol A.
OTROS: Suelen ser la opción más segura, ya que son nuevos plásticos biodegradables que resisten altas temperaturas y más duraderos. Suelen estar elaborados de ácido poliláctico, que se extrae del almidón de ciertas plantas.
Aún después de comprobar que nuestro recipiente es seguro, es recomendable utilizar un recipiente de vidrio o cerámica a la hora de calentar su contenido.
Uso del microondas
Algo habitual cuando comemos de táper es el uso de microondas para calentar su contenido. Pese a la fama de electrodoméstico demoníaco, el microondas es seguro siempre y cuando se mantenga de una manera adecuada, comprobando que la puerta se cierre de forma adecuada y con una limpieza correcta, para evitar la presencia de restos de comida en el interior.
Una cuestión a tener en cuenta es que no todos los microondas tienen la misma capacidad de calentamiento ni todos los alimentos se calientan de manera uniforme, ya que influyen la cantidad de agua y la densidad de los mismos. Por tanto, una pieza mayor se calentará con más dificultad, con lo que puede que el cocinado no sea uniforme, lo que puede conllevar riesgos al quedar zonas con un cocinado deficiente.
Otro factor a considerar en el uso del microondas es el tipo de envase, utilizando sólo aquellos materiales adecuados a este electrodoméstico, evitando siempre el uso de metal y ciertos plásticos, ya que hay excepciones que indican claramente que pueden utilizarse en el horno microondas.
Tampoco es aconsejable utilizar film plástico para calentar en el microondas, lo más adecuado es el uso de tapas de plástico de materiales aconsejados para su uso en este aparato.
¿Qué alimentos son los más seguros para comer de táper?
Los alimentos más recomendables para comer de táper son los hidratos de carbono (pastas, arroz, legumbres...) y platos de verdura. Debemos evitar aquellos alimentos que contengan huevo, nata y productos lácteos, cremas, carne picada y derivados cárnicos, pescados y mariscos, ya que son alimentos críticos con los que se debe de respetar la cadena de frío para evitar una proliferación bacteriana que pueda constituir riesgo de toxiinfecciones alimentarias.
Es recomendable añadir jugo de limón para disminuir el pH del alimento y evitar la proliferación de microorganismos.
A modo de resumen, desde Ainia, nos dan una serie de recomendaciones básicas a la hora de comer de táper:
1. Comprar los envases en establecimientos que nos den cierta garantía y confianza.
2. Para saber si son aptos para el uso de alimentos, comprobar si el recipiente lleva en su inferior el símbolo de apto para uso alimentario.
3. Antes de cada uso, asegurarse que el envase no se encuentra dañado. Si tuviera algún defecto o imperfección es mejor retirarlo.
4. Seguir las instrucciones de uso que incluyen los envases, lo ideal es que éstas estén grabadas en el propio envase si no fuese así, que fueran en el envoltorio, se recomienda guardarlas para futuras consultas.
5. Cuando vayamos a utilizar estos alimentos en caliente, debemos asegurarnos que los recipientes plásticos especifiquen que son aptos para ello. También si vamos a usarlos para almacenar los alimentos en el congelador.
6. Las tapas anti salpicaduras que se usan para calentar en el microondas deben ser de un material adecuado y retirarse tras observar deterioro físico.
7. No todos los envases de plástico son aptos para microondas y/o lavavajillas, debemos fijarnos en las recomendaciones del fabricante.
8. Los alimentos que vienen embolsados y semipreparados para ser cocidos o calentados en el microondas o al baño maría normalmente han sido testados por el fabricante previamente y su uso es seguro, siempre que se sigan con exactitud las instrucciones y no se reutilicen.
9.No calentar en microondas, horno o al baño maría con bolsas que no han sido diseñadas para ello.
10. No es recomendable introducir en el microondas las tapas de los envases de plástico cuando calentemos el alimento, porque la mayoría no soportan las altas temperaturas.
Fuente: http://www.alimenta-accion.com/2013/04/tapers-fiambreras-y-seguridad_15.html
La fibra de carbono, un material para el siglo 21
La fibra de carbono es el desarrollo más reciente en el campo de los materiales compuestos siguiendo la idea de que uniendo fibras sintéticas con varias resinas, se pueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos.
La fibra de carbono (FC) se desarrolló inicialmente para la industria espacial, pero ahora, al bajar de precio, se ha extendido a otros campos: la industria del transporte, aeronáutica, al deporte de alta competición y, últimamente encontramos la FC hasta en carteras de bolsillo y relojes.
La FC está compuesta por muchos hilos de carbono en forma de hebra. Existen muchas clases de FC con propiedades diversas, adaptadas a muchas aplicaciones.
Para hacernos una idea, basta comparar la FC con el acero:
Característica FC Acero
Mód. de resistencia a la tracción 3,5 1,3
Resistencia específica 2,0 0,17
Densidad 1,75 7,9
Su resistencia es casi 3 veces superior a la del acero, y su densidad es 4,5 veces menor.
En cuanto a módulo de elasticidad hay una amplia gama de FC desde 240 hasta 400.
Otras propiedades muy apreciables en la fibra de carbono son la resistencia a la corrosión, al fuego e inercia química y la conductividad eléctrica. Ante variaciones de temperatura conserva su forma.
Es un caso común de metonimia, en el cual se le da al todo el nombre de una parte: el nombre de las FC que refuerzan la matriz de resina.
La fibra de carbono es un polímero convertido en fibra. En la mayoría de los casos, las FC permanecen como carbón no grafítico. El término fibra de grafito solo está justificado, cuando las FC han sido sometidas a un tratamiento térmico de grafitización (2000-3000 ºC),que les confiere un orden cristalino tridimensional, observable mediante rayos X.
La cristalografía de rayos X nos permite conocer la estructura exacta de cada tipo de FC. Nos resulta extraño, pero nos recuerda mucho al grafito: una estructura hexagonal. El grafito, la mina de lápiz, es todo lo contrario: blando y frágil. Es un alótropo del carbono.
A nivel atómico no podemos comprender las diferencias entre la fibra de carbono y el grafito, pero la estructura es diferente: observamos muchos cambios en la superposición de las fibras y las cintas en la FC y en el grafito.
El grafito tiene una estructura plana triangula con enlaces triples y queda un electrón libre. Este electrón libre explica que el grafito es una de las pocas estructuras no metálicas que conducen la electricidad. La fibra de carbono también es conductora.
La fibra de grafito cristaliza en el sistema exagonal,el panal de abeja. La mayoría de las fibras no son de grafito sino de carbono,obtenidas a menor temperatura.
Examinar la fibra de carbono es estudiar el carbono
Es sin duda el más versátil de los elementos que conoce el hombre, como podemos ver por el hecho de que es la base de la vida en el planeta. El carbono forma parte de toda la química orgánica y de 20 millones de moléculas conocidas, de las cuales el 79 por ciento las clasificamos como orgánicas.
El átomo de carbono tiene 6 electrones, con la particularidad de que puede formar 4 enlaces covalentes con otros átomos, con lo cual adquiere una geometría de tetraedro, que nos recuerda al diamante.
El carbono se puede combinar con muchos elementos como: N, S, O, Cl, Br y P que son estables termodinámicamente, y con otros átomos de carbono con uniones muy fuertes (el diamante) y puede formar cadenas de carbonos de gran longitud.
Síntesis de la fibra de carbono
Un método común de obtener filamentos de carbono es la oxidación y pirólisis térmica del PAN (poliacrilonitrilo), un polímero usado para crear muchos materiales sintéticos. Como todos los polímeros, el PAN forma largas cadenas de moléculas, alineadas para hacer el filamento continuo. Cuando se caliente el PAN en correctas condiciones de temperatura, las cadenas PAN se juntan lado a lado, para formar cintas de grafeno.
El precursor más usado para obtener la fibra es el PAN (poliacrilonitrilo).Es el resultado de los trabajos de Shindo, a principio de los años 60 en Japón, posteriormente continuados por Watt, en Inglaterra y Bacon y Singer en EE.UU..
Normalmente se mezcla el PAN con algo de metil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato y cloruro de vinilo.
El PAN o su copolímero es hilado utilizando la técnica de hilado húmedo. También se emplea la técnica de hilado fundido a veces. El primer paso es estirar el polímero de forma que quede paralelo a lo que será el eje de la fibra y se oxida a 200-300 ºC en aire, un proceso ,que añade oxígeno a la molécula de PAN y crea la estructura hexagonal. El polímero que antes era blanco, ahora es negro.
El segundo precursor es una mesofase de la brea-alquitrán (petroleum-pitch y coal-pitch).
La mesosfase líquida cristalina de alquitrán se utiliza para obtener fibras de alto módulo. Petróleo, carbón mineral y policloruro de vinilo son las fuentes comunes del alquitrán. Desde 1980 se obtienen FC a partir de breas de mesofase de alto módulo para aplicaciones que requieren fibras de muy altas prestaciones.
Finalmente recordemos a la celulosa, pero es menos empleada.
Las fibras basadas en el PAN tienen diámetros que oscilan entre 5 y 7 micras. Y las del alquitrán 10-12 micras.
Para ganar una regata, hace falta que el casco(el flotador)sea lo más ligero posible.De ahí la necesidad de un casco con fibra de carbono.Abajo,la orza de plomo,contrapesa a la vela,y equilibra al velero.
La FC se clasifica por el número de filamentos, en miles, de que consta la hebra. Una FC 3k (3000 filamentos)es 3 veces más resistente que una de solo 1k, pero también pesa 3 veces más.
Con esa hebra se teje una tela de FC.
Carbonización
Para conseguir una fibra de alta resistencia se recurre al tratamiento térmico de carbonización: el PAN se calienta a 2500-2000 ºC en atmósfera sin oxígeno, se alinean las cadenas del polímero hasta formar hojas de grafeno, cintas delgadísimas ,bidimensionales, y se logra una resistencia a la tracción de 5.650 N/mm2.
La naturaleza nos da lecciones en el uso de materiales compuestos.
Grafitización
Si calentamos el PAN a 2500-3000 ºC conseguimos la resistencia máxima de la FC: 531 000 N/mm2.
Ahora es el momento de tejer la fibra, para formar láminas y tubos, que serán luego impregnados en una resina epoxi en un molde. Una vez la resina curada, endurecida, hay que darle forma mecánicamente, para conseguir el producto acabado, por ejemplo: la pala de una hélice. Hay varios tipos de fibras, a partir de las temperaturas de tratamiento:
La fibra de alto módulo
Es la más rígida y requiere una temperatura mayor de tratamiento. Su módulo de elasticidad supera los 300 y aun los 500 GPa. Mejor todavía, el monocristal de “grafito” tiene un módulo de 1050 GPa. El módulo de elasticidad 390 GPa es 70 veces superior al de las aleaciones de aluminio.
La fibra de alta resistencia a la tracción
Se carboniza a la temperatura que da mayor resistencia a tracción, con valores superiores a 300 GPa.
La fibra estándar
Es la más económica y de estructura isótropa. La rigidez es menor que en las anteriores; la temperatura de tratamiento es más baja. Se comercializa como fibras cortas.
La fibra de carbono activada
Tiene una velocidad de adsorción 100 veces superior a la de los carbones clásicos activados. Se obtiene mediante carbonización y activación física y química de distintos precursores: breas, rayón, poliacetatos, etc. Presenta una gran superficie específica y tamaño de poros muy uniforme. La fibra se presenta en forma de fieltros o telas.
FC crecida en fase de vapor
Esta fibra se obtiene mediante un proceso catalítico de depósito superficial químico en fase de vapor (en inglés: VGCF vapour ground carbon fibres). Por su variedad de tamaños son un puente entre la FC convencional y la nanofibra.
La fabricación del material compuesto
La elección de la matriz afecta profundamente a las propiedades del producto acabado.
Admiramos a Alba Edison, que en 1879 patentó fibras de carbono como filamento para la bombilla eléctrica. El utilizó como precursor hebras de bambú carbonizadas, que en el vacío de la bombilla se ponían incandescentes y lograban durar 1200 horas. La lámpara de Edison tenía un rendimiento de 2 lúmenes/Watio.
Edison no utilizó ninguna matriz, para lograr un producto terminado. Fue una excepción.
Lo normal es usar una matriz de resina y un molde. Supongamos que tenemos el molde de un casco de regata de vela.
Se adhieren al molde delgadas hojas de FC, que toman la forma de la barca. Alineamos las fibras del tejido en la dirección más conveniente, porque las fibras son anisotrópicas. Impregnamos la tela de FC con resina.
Sobre la resina colocamos otra tela de FC impregnarla con resina, y así sucesivamente sobreponiendo telas de FC y capas de resina.
En los puntos de casco en que las cargas son máximas al navegar por ejemplo la proa, el espesor del casco será mayor.
El ala delta del X-32 realizada en FC.Foto Boeing X-32.
Es fácil ver que hay mucha mano de obra especializada. Cuanto más intensas son las cargas que soportará el producto, por ejemplo: una pala de helicóptero, mayor cuidado pondremos en alinear correctamente la dirección de la fibra.
Finalmente calentar la pieza, o curarla al aire. Expuesta al agua no sufrirá corrosión, y es muy fuerte en comparación con lo poco que pesa.
Si en el molde hay burbujas de aire, la resistencia final quedará reducida.
Las matrices son termoestables o termoplásticas.
La fibra no se usa por sí misma, sino para reforzar matrices, por ejemplo: la ya citada resina epoxy u otros plásticos termoestables. En algunas aplicaciones la matriz es termoplástica.
Los termoestables
Estos polímeros son plásticos que curados por calor, u otros medios, se transforman en un producto infusible e insoluble. Son los más usados (el 90 por ciento) en los composites estructurales.
El 65 por ciento de las matrices termoestables son poliésteres insaturados.
La mayor ventaja del termoestable es que tienen una viscosidad muy baja, y se pueden introducir en las fibras a baja presión.
La impregnación de las fibras inicia el curado químico, que produce una estructura sólida, es un proceso realizado isotérmicamente. El reciclado, en la práctica, no es posible.
Los termoplásticos
El termoplástico es capaz de ser ablandado repetidas veces por acción del calor, y endurecido por enfriamiento. Se puede reciclar con facilidad, lo cual es muy importante en el sector del automóvil. Su resistencia al impacto es excelente.
Los termoplásticos aportan la ventaja de que el moldeo no es isotérmico, es decir: el plástico caliente y fundido se introduce en el molde frío, y así se logran ciclos muy cortos en tiempo.
Pero los termoplásticos polimerizados fundidos suelen tener viscosidades entre 500 y 1000 veces superiores a los termoestables. El proceso requiere pues altas presiones y aumento de costes.
Últimamente hay el proceso de monómero líquido. La ventaja del monómero líquido termoplástico (por ejemplo, PBT de Cyclics) consiste en que se procesa isotérmicamente (inyección, polimerización, cristalización y desmoldeo a la misma temperatura), como si fuera un termoestable.
“Hilo híbrido” es el último método de procesar termoplásticos: se introduce el polímero en forma sólida, como polvo o fibra y se consigue que se mezcle con las fibras de carbono. El ”hilo híbrido” se convierte en tejido, u otras formas textiles, se aplica suficiente calor y presión, el termoplástico se funde y llena la corta distancia que le separa de la fibra de carbono. A continuación se enfría la pieza impregnada y logramos el material compuesto sólido.
El molde a presión o “La bolsa de vacío” es excelente para productos de calidad: el molde de la regata de vela, con sus telas de FC impregnadas es introducida en una bolsa de paredes impermeables y extraemos el vacío. Las paredes flexibles de la bolsa presionan fuertemente el casco, y eliminamos las burbujas de aire. La interfase tela FC y la resina queda también mejorada.
La fibra milagrosa
La Asociación japonesa de fabricantes de FC la llaman: “Ligera en peso, fuerte y duradera”. Indudablemente tiene un gran porvenir industrial, incluso fuera del área aeronáutica-espacial. Es el material tecnológico del siglo XXI, precursor de los nanomateriales. De alto precio, pero con tendencia a bajar.
Baja densidad, exquisitas propiedades mecánicas, eléctricamente conductora, de alto módulo elástico y de tracción, resistente al calor, baja expansión térmica, estabilidad química, térmicamente conductora y además permeable a los rayos X, una propiedad importante en el equipamiento médico.
La industria de transportes,en especial la aeroespacial lleva décadas buscando materiales compuestos (C/C), para sustituir al metal. El objetivo es disminuir el peso de vehículo y aumentar la eficacia.
La industria de satélites y de aviones militares lleva la delantera; el alto precio de los C/C no es un inconveniente.
Joint Strike Fighter es el mayor esfuerzo en tecnología aeronáutica jamás realizado,que utiliza la FC al máximo.Foto Boeing X-32.
El X-32A, de Boeing, es un excelente ejemplo
En los aviones comerciales ya se ha llegado a un 10-25 por ciento del peso total de la aeronave. Por primera vez Boeing nos ofrece ahora el 787, para 250 asientos, con 50 por ciento del peso en C/C, principalmente de fibra de carbono (FC).
En artículos de deporte: cañas de pescar, raquetas, bicicletas, coches fórmula 1, la fibra de carbono ya es popular, aunque de alto precio.
La penetración seguirá aumentando hasta llegar a los coches de serie.
Fuera de transporte, en la construcción, un sector en donde el peso es algo secundario, se emplea ya la fibra de carbono en puentes y pasarelas. Hasta aporta ventajas económicas frente a los métodos tradicionales.
La fibra de carbono (FC) se desarrolló inicialmente para la industria espacial, pero ahora, al bajar de precio, se ha extendido a otros campos: la industria del transporte, aeronáutica, al deporte de alta competición y, últimamente encontramos la FC hasta en carteras de bolsillo y relojes.
La FC está compuesta por muchos hilos de carbono en forma de hebra. Existen muchas clases de FC con propiedades diversas, adaptadas a muchas aplicaciones.
Para hacernos una idea, basta comparar la FC con el acero:
Característica FC Acero
Mód. de resistencia a la tracción 3,5 1,3
Resistencia específica 2,0 0,17
Densidad 1,75 7,9
Su resistencia es casi 3 veces superior a la del acero, y su densidad es 4,5 veces menor.
En cuanto a módulo de elasticidad hay una amplia gama de FC desde 240 hasta 400.
Otras propiedades muy apreciables en la fibra de carbono son la resistencia a la corrosión, al fuego e inercia química y la conductividad eléctrica. Ante variaciones de temperatura conserva su forma.
Es un caso común de metonimia, en el cual se le da al todo el nombre de una parte: el nombre de las FC que refuerzan la matriz de resina.
La fibra de carbono es un polímero convertido en fibra. En la mayoría de los casos, las FC permanecen como carbón no grafítico. El término fibra de grafito solo está justificado, cuando las FC han sido sometidas a un tratamiento térmico de grafitización (2000-3000 ºC),que les confiere un orden cristalino tridimensional, observable mediante rayos X.
La cristalografía de rayos X nos permite conocer la estructura exacta de cada tipo de FC. Nos resulta extraño, pero nos recuerda mucho al grafito: una estructura hexagonal. El grafito, la mina de lápiz, es todo lo contrario: blando y frágil. Es un alótropo del carbono.
A nivel atómico no podemos comprender las diferencias entre la fibra de carbono y el grafito, pero la estructura es diferente: observamos muchos cambios en la superposición de las fibras y las cintas en la FC y en el grafito.
El grafito tiene una estructura plana triangula con enlaces triples y queda un electrón libre. Este electrón libre explica que el grafito es una de las pocas estructuras no metálicas que conducen la electricidad. La fibra de carbono también es conductora.
La fibra de grafito cristaliza en el sistema exagonal,el panal de abeja. La mayoría de las fibras no son de grafito sino de carbono,obtenidas a menor temperatura.
Examinar la fibra de carbono es estudiar el carbono
Es sin duda el más versátil de los elementos que conoce el hombre, como podemos ver por el hecho de que es la base de la vida en el planeta. El carbono forma parte de toda la química orgánica y de 20 millones de moléculas conocidas, de las cuales el 79 por ciento las clasificamos como orgánicas.
El átomo de carbono tiene 6 electrones, con la particularidad de que puede formar 4 enlaces covalentes con otros átomos, con lo cual adquiere una geometría de tetraedro, que nos recuerda al diamante.
El carbono se puede combinar con muchos elementos como: N, S, O, Cl, Br y P que son estables termodinámicamente, y con otros átomos de carbono con uniones muy fuertes (el diamante) y puede formar cadenas de carbonos de gran longitud.
Síntesis de la fibra de carbono
Un método común de obtener filamentos de carbono es la oxidación y pirólisis térmica del PAN (poliacrilonitrilo), un polímero usado para crear muchos materiales sintéticos. Como todos los polímeros, el PAN forma largas cadenas de moléculas, alineadas para hacer el filamento continuo. Cuando se caliente el PAN en correctas condiciones de temperatura, las cadenas PAN se juntan lado a lado, para formar cintas de grafeno.
El precursor más usado para obtener la fibra es el PAN (poliacrilonitrilo).Es el resultado de los trabajos de Shindo, a principio de los años 60 en Japón, posteriormente continuados por Watt, en Inglaterra y Bacon y Singer en EE.UU..
Normalmente se mezcla el PAN con algo de metil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato y cloruro de vinilo.
El PAN o su copolímero es hilado utilizando la técnica de hilado húmedo. También se emplea la técnica de hilado fundido a veces. El primer paso es estirar el polímero de forma que quede paralelo a lo que será el eje de la fibra y se oxida a 200-300 ºC en aire, un proceso ,que añade oxígeno a la molécula de PAN y crea la estructura hexagonal. El polímero que antes era blanco, ahora es negro.
El segundo precursor es una mesofase de la brea-alquitrán (petroleum-pitch y coal-pitch).
La mesosfase líquida cristalina de alquitrán se utiliza para obtener fibras de alto módulo. Petróleo, carbón mineral y policloruro de vinilo son las fuentes comunes del alquitrán. Desde 1980 se obtienen FC a partir de breas de mesofase de alto módulo para aplicaciones que requieren fibras de muy altas prestaciones.
Finalmente recordemos a la celulosa, pero es menos empleada.
Las fibras basadas en el PAN tienen diámetros que oscilan entre 5 y 7 micras. Y las del alquitrán 10-12 micras.
Para ganar una regata, hace falta que el casco(el flotador)sea lo más ligero posible.De ahí la necesidad de un casco con fibra de carbono.Abajo,la orza de plomo,contrapesa a la vela,y equilibra al velero.
La FC se clasifica por el número de filamentos, en miles, de que consta la hebra. Una FC 3k (3000 filamentos)es 3 veces más resistente que una de solo 1k, pero también pesa 3 veces más.
Con esa hebra se teje una tela de FC.
Carbonización
Para conseguir una fibra de alta resistencia se recurre al tratamiento térmico de carbonización: el PAN se calienta a 2500-2000 ºC en atmósfera sin oxígeno, se alinean las cadenas del polímero hasta formar hojas de grafeno, cintas delgadísimas ,bidimensionales, y se logra una resistencia a la tracción de 5.650 N/mm2.
La naturaleza nos da lecciones en el uso de materiales compuestos.
Grafitización
Si calentamos el PAN a 2500-3000 ºC conseguimos la resistencia máxima de la FC: 531 000 N/mm2.
Ahora es el momento de tejer la fibra, para formar láminas y tubos, que serán luego impregnados en una resina epoxi en un molde. Una vez la resina curada, endurecida, hay que darle forma mecánicamente, para conseguir el producto acabado, por ejemplo: la pala de una hélice. Hay varios tipos de fibras, a partir de las temperaturas de tratamiento:
La fibra de alto módulo
Es la más rígida y requiere una temperatura mayor de tratamiento. Su módulo de elasticidad supera los 300 y aun los 500 GPa. Mejor todavía, el monocristal de “grafito” tiene un módulo de 1050 GPa. El módulo de elasticidad 390 GPa es 70 veces superior al de las aleaciones de aluminio.
La fibra de alta resistencia a la tracción
Se carboniza a la temperatura que da mayor resistencia a tracción, con valores superiores a 300 GPa.
La fibra estándar
Es la más económica y de estructura isótropa. La rigidez es menor que en las anteriores; la temperatura de tratamiento es más baja. Se comercializa como fibras cortas.
La fibra de carbono activada
Tiene una velocidad de adsorción 100 veces superior a la de los carbones clásicos activados. Se obtiene mediante carbonización y activación física y química de distintos precursores: breas, rayón, poliacetatos, etc. Presenta una gran superficie específica y tamaño de poros muy uniforme. La fibra se presenta en forma de fieltros o telas.
FC crecida en fase de vapor
Esta fibra se obtiene mediante un proceso catalítico de depósito superficial químico en fase de vapor (en inglés: VGCF vapour ground carbon fibres). Por su variedad de tamaños son un puente entre la FC convencional y la nanofibra.
La fabricación del material compuesto
La elección de la matriz afecta profundamente a las propiedades del producto acabado.
Admiramos a Alba Edison, que en 1879 patentó fibras de carbono como filamento para la bombilla eléctrica. El utilizó como precursor hebras de bambú carbonizadas, que en el vacío de la bombilla se ponían incandescentes y lograban durar 1200 horas. La lámpara de Edison tenía un rendimiento de 2 lúmenes/Watio.
Edison no utilizó ninguna matriz, para lograr un producto terminado. Fue una excepción.
Lo normal es usar una matriz de resina y un molde. Supongamos que tenemos el molde de un casco de regata de vela.
Se adhieren al molde delgadas hojas de FC, que toman la forma de la barca. Alineamos las fibras del tejido en la dirección más conveniente, porque las fibras son anisotrópicas. Impregnamos la tela de FC con resina.
Sobre la resina colocamos otra tela de FC impregnarla con resina, y así sucesivamente sobreponiendo telas de FC y capas de resina.
En los puntos de casco en que las cargas son máximas al navegar por ejemplo la proa, el espesor del casco será mayor.
El ala delta del X-32 realizada en FC.Foto Boeing X-32.
Es fácil ver que hay mucha mano de obra especializada. Cuanto más intensas son las cargas que soportará el producto, por ejemplo: una pala de helicóptero, mayor cuidado pondremos en alinear correctamente la dirección de la fibra.
Finalmente calentar la pieza, o curarla al aire. Expuesta al agua no sufrirá corrosión, y es muy fuerte en comparación con lo poco que pesa.
Si en el molde hay burbujas de aire, la resistencia final quedará reducida.
Las matrices son termoestables o termoplásticas.
La fibra no se usa por sí misma, sino para reforzar matrices, por ejemplo: la ya citada resina epoxy u otros plásticos termoestables. En algunas aplicaciones la matriz es termoplástica.
Los termoestables
Estos polímeros son plásticos que curados por calor, u otros medios, se transforman en un producto infusible e insoluble. Son los más usados (el 90 por ciento) en los composites estructurales.
El 65 por ciento de las matrices termoestables son poliésteres insaturados.
La mayor ventaja del termoestable es que tienen una viscosidad muy baja, y se pueden introducir en las fibras a baja presión.
La impregnación de las fibras inicia el curado químico, que produce una estructura sólida, es un proceso realizado isotérmicamente. El reciclado, en la práctica, no es posible.
Los termoplásticos
El termoplástico es capaz de ser ablandado repetidas veces por acción del calor, y endurecido por enfriamiento. Se puede reciclar con facilidad, lo cual es muy importante en el sector del automóvil. Su resistencia al impacto es excelente.
Los termoplásticos aportan la ventaja de que el moldeo no es isotérmico, es decir: el plástico caliente y fundido se introduce en el molde frío, y así se logran ciclos muy cortos en tiempo.
Pero los termoplásticos polimerizados fundidos suelen tener viscosidades entre 500 y 1000 veces superiores a los termoestables. El proceso requiere pues altas presiones y aumento de costes.
Últimamente hay el proceso de monómero líquido. La ventaja del monómero líquido termoplástico (por ejemplo, PBT de Cyclics) consiste en que se procesa isotérmicamente (inyección, polimerización, cristalización y desmoldeo a la misma temperatura), como si fuera un termoestable.
“Hilo híbrido” es el último método de procesar termoplásticos: se introduce el polímero en forma sólida, como polvo o fibra y se consigue que se mezcle con las fibras de carbono. El ”hilo híbrido” se convierte en tejido, u otras formas textiles, se aplica suficiente calor y presión, el termoplástico se funde y llena la corta distancia que le separa de la fibra de carbono. A continuación se enfría la pieza impregnada y logramos el material compuesto sólido.
El molde a presión o “La bolsa de vacío” es excelente para productos de calidad: el molde de la regata de vela, con sus telas de FC impregnadas es introducida en una bolsa de paredes impermeables y extraemos el vacío. Las paredes flexibles de la bolsa presionan fuertemente el casco, y eliminamos las burbujas de aire. La interfase tela FC y la resina queda también mejorada.
La fibra milagrosa
La Asociación japonesa de fabricantes de FC la llaman: “Ligera en peso, fuerte y duradera”. Indudablemente tiene un gran porvenir industrial, incluso fuera del área aeronáutica-espacial. Es el material tecnológico del siglo XXI, precursor de los nanomateriales. De alto precio, pero con tendencia a bajar.
Baja densidad, exquisitas propiedades mecánicas, eléctricamente conductora, de alto módulo elástico y de tracción, resistente al calor, baja expansión térmica, estabilidad química, térmicamente conductora y además permeable a los rayos X, una propiedad importante en el equipamiento médico.
La industria de transportes,en especial la aeroespacial lleva décadas buscando materiales compuestos (C/C), para sustituir al metal. El objetivo es disminuir el peso de vehículo y aumentar la eficacia.
La industria de satélites y de aviones militares lleva la delantera; el alto precio de los C/C no es un inconveniente.
Joint Strike Fighter es el mayor esfuerzo en tecnología aeronáutica jamás realizado,que utiliza la FC al máximo.Foto Boeing X-32.
El X-32A, de Boeing, es un excelente ejemplo
En los aviones comerciales ya se ha llegado a un 10-25 por ciento del peso total de la aeronave. Por primera vez Boeing nos ofrece ahora el 787, para 250 asientos, con 50 por ciento del peso en C/C, principalmente de fibra de carbono (FC).
En artículos de deporte: cañas de pescar, raquetas, bicicletas, coches fórmula 1, la fibra de carbono ya es popular, aunque de alto precio.
La penetración seguirá aumentando hasta llegar a los coches de serie.
Fuera de transporte, en la construcción, un sector en donde el peso es algo secundario, se emplea ya la fibra de carbono en puentes y pasarelas. Hasta aporta ventajas económicas frente a los métodos tradicionales.
http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/16574-La-fibra-de-carbono-un-material-para-el-siglo-21.html
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