De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda

Cola de un helicóptero radiocontrolado , hecho de CFRP

Polímeros reforzados con fibra de carbono ( inglés americano ), polímeros reforzados con fibra de carbono ( inglés de la Commonwealth ) o plásticos reforzados con fibra de carbono , o termoplásticos reforzados con fibra de carbono ( CFRP , CRP , CFRTP , también conocido como fibra de carbono , compuesto de carbono , o simplemente carbono ), son plásticos reforzados con fibra extremadamente fuertes y ligeros que contienen fibras de carbono . Los CFRP pueden ser costosos de producir, pero se usan comúnmente dondequiera que la relación resistencia-peso ySe requieren rigidez (rigidez), como aeroespacial, superestructuras de barcos, automoción, ingeniería civil, equipamiento deportivo y un número cada vez mayor de aplicaciones técnicas y de consumo. [1]

El polímero aglutinante es a menudo una resina termoendurecible tal como epoxi , pero a veces se usan otros polímeros termoendurecibles o termoplásticos , tales como poliéster , éster vinílico o nailon. Las propiedades del producto CFRP final pueden verse afectadas por el tipo de aditivos introducidos en la matriz de unión (resina). El aditivo más común es la sílice , pero se pueden usar otros aditivos como caucho y nanotubos de carbono .

La fibra de carbono a veces se denomina polímero reforzado con grafito o polímero reforzado con fibra de grafito (el GFRP es menos común, ya que choca con el polímero reforzado con fibra de vidrio ).

Propiedades [ editar ]

Los CFRP son materiales compuestos . En este caso, el compuesto consta de dos partes: una matriz y un refuerzo. En CFRP el refuerzo es de fibra de carbono, que le aporta su resistencia. La matriz suele ser una resina polimérica, como epoxi, para unir los refuerzos. [2] Debido a que el CFRP consta de dos elementos distintos, las propiedades del material dependen de estos dos elementos.

El refuerzo le da al CFRP su resistencia y rigidez, medidas por tensión y módulo elástico respectivamente. A diferencia de los materiales isotrópicos como el acero y el aluminio, el CFRP tiene propiedades de resistencia direccional. Las propiedades de CFRP dependen de los diseños de la fibra de carbono y la proporción de fibras de carbono en relación con el polímero. [3] Las dos ecuaciones diferentes que gobiernan el módulo elástico neto de los materiales compuestos utilizando las propiedades de las fibras de carbono y la matriz de polímero también se pueden aplicar a los plásticos reforzados con fibra de carbono. [4] La siguiente ecuación,

es válido para materiales compuestos con las fibras orientadas en la dirección de la carga aplicada. es el módulo compuesto total, y son las fracciones de volumen de la matriz y la fibra, respectivamente, en el compuesto, y y son los módulos elásticos de la matriz y las fibras, respectivamente. [4] El otro caso extremo del módulo elástico del compuesto con las fibras orientadas transversalmente a la carga aplicada se puede encontrar usando la siguiente ecuación: [4]

La tenacidad a la fractura de los plásticos reforzados con fibra de carbono se rige por los siguientes mecanismos: 1) desunión entre la fibra de carbono y la matriz de polímero, 2) extracción de la fibra y 3) delaminación entre las láminas de CFRP. [5] Los CFRP típicos a base de epoxi prácticamente no presentan plasticidad, con menos del 0,5% de deformación hasta la rotura. Aunque los CFRP con epoxi tienen un módulo elástico y de alta resistencia, la mecánica de la fractura frágil presenta desafíos únicos para los ingenieros en la detección de fallas, ya que la falla ocurre catastróficamente. [5] Como tal, los esfuerzos recientes para endurecer los CFRP incluyen la modificación del material epoxi existente y la búsqueda de una matriz de polímero alternativa. Uno de esos materiales prometedores es PEEK, que exhibe una tenacidad mayor en un orden de magnitud con un módulo elástico y una resistencia a la tracción similares. [5] Sin embargo, PEEK es mucho más difícil de procesar y más caro. [5]

A pesar de su alta relación resistencia-peso inicial, una limitación de diseño de CFRP es la falta de un límite de fatiga definible . Esto significa, teóricamente, que no se puede descartar la falla del ciclo de estrés. Si bien el acero y muchos otros metales y aleaciones estructurales tienen límites estimables de fatiga o resistencia, los complejos modos de falla de los compuestos significan que las propiedades de falla por fatiga del CFRP son difíciles de predecir y diseñar. Como resultado, cuando se usa CFRP para aplicaciones críticas de carga cíclica, los ingenieros pueden necesitar diseñar márgenes de seguridad de resistencia considerable para proporcionar una confiabilidad adecuada de los componentes durante su vida útil.

Los efectos ambientales como la temperatura y la humedad pueden tener efectos profundos en los compuestos a base de polímeros, incluidos la mayoría de los CFRP. Si bien los CFRP demuestran una excelente resistencia a la corrosión, el efecto de la humedad en amplios rangos de temperaturas puede conducir a la degradación de las propiedades mecánicas de los CFRP, particularmente en la interfaz matriz-fibra. [6] Si bien las fibras de carbono en sí no se ven afectadas por la humedad que se difunde en el material, la humedad plastifica la matriz del polímero. [5] Esto condujo a cambios significativos en las propiedades que están influenciadas predominantemente por la matriz en los CFRP, como las propiedades de compresión, cizallamiento interlaminar e impacto. [7]La matriz epoxi utilizada para las aspas de los ventiladores del motor está diseñada para ser impermeable al combustible de aviación, la lubricación y el agua de lluvia, y se aplica pintura externa en las piezas de material compuesto para minimizar el daño de la luz ultravioleta. [5] [8]

Las fibras de carbono pueden causar corrosión galvánica cuando las piezas de CRP se unen al aluminio. [9]

Los plásticos reforzados con fibra de carbono son muy difíciles de mecanizar y provocan un desgaste significativo de la herramienta. El desgaste de la herramienta en el mecanizado de CFRP depende de la orientación de la fibra y las condiciones de mecanizado del proceso de corte. Para reducir el desgaste de la herramienta, se utilizan varios tipos de herramientas revestidas en el mecanizado de CFRP y apilado de CFRP-metal. [1]

Fabricación [ editar ]

Polímero reforzado con fibra de carbono

El elemento principal de CFRP es un filamento de carbono ; esto se produce a partir de un polímero precursor como el poliacrilonitrilo (PAN), el rayón o la brea de petróleo . Para polímeros sintéticos como PAN o rayón, el precursor se hila primero en hilos de filamentos, utilizando procesos químicos y mecánicos para alinear inicialmente las cadenas de polímero de una manera que mejore las propiedades físicas finales de la fibra de carbono completa. Las composiciones precursoras y los procesos mecánicos utilizados durante el hilado de hilos de filamentos pueden variar entre los fabricantes. Después de estirar o hilar, los hilos de filamento de polímero se calientan para expulsar los átomos que no son de carbono ( carbonización), produciendo la fibra de carbono final. Los hilos de filamentos de fibras de carbono se pueden tratar adicionalmente para mejorar las cualidades de manipulación y luego se pueden enrollar en bobinas . [10] A partir de estas fibras, se crea una hoja unidireccional. Estas hojas se colocan en capas unas sobre otras en una disposición cuasi-isotrópica, por ejemplo, 0 °, + 60 ° o -60 ° entre sí.

A partir de la fibra elemental, se puede crear una hoja tejida bidireccional, es decir, una sarga con un tejido 2/2. El proceso mediante el cual se fabrican la mayoría de los CFRP varía, dependiendo de la pieza que se cree, el acabado (brillo exterior) requerido y cuántas piezas se producirán. Además, la elección de la matriz puede tener un efecto profundo en las propiedades del compuesto terminado.

Muchas piezas de CFRP se crean con una sola capa de tejido de carbono con respaldo de fibra de vidrio. Se utiliza una herramienta llamada pistola picadora para crear rápidamente estas piezas compuestas. Una vez que se crea una capa delgada de fibra de carbono, la pistola cortadora corta rollos de fibra de vidrio en trozos cortos y rocía resina al mismo tiempo, de modo que la fibra de vidrio y la resina se mezclan en el lugar. La resina es una mezcla externa, en la que el endurecedor y la resina se rocían por separado, o una mezcla interna, que requiere limpieza después de cada uso. Los métodos de fabricación pueden incluir los siguientes:

Moldeado [ editar ]

Un método para producir piezas de CFRP es colocando capas de tela de fibra de carbono en un molde con la forma del producto final. La alineación y el tejido de las fibras de la tela se elige para optimizar las propiedades de resistencia y rigidez del material resultante. Luego, el molde se llena con epoxi y se calienta o se cura al aire. La pieza resultante es muy resistente a la corrosión, rígida y fuerte para su peso. Las piezas utilizadas en áreas menos críticas se fabrican colocando tela sobre un molde, con epoxi preimpregnado en las fibras (también conocido como preimpregnado ) o "pintado" sobre él. Las piezas de alto rendimiento que utilizan moldes individuales a menudo se envasan al vacío y / o se esterilizan en autoclave.-curado, porque incluso las pequeñas burbujas de aire en el material reducirán la resistencia. Una alternativa al método de autoclave es usar presión interna a través de vejigas de aire inflables o espuma EPS dentro de la fibra de carbono no curada.

Envasado al vacío [ editar ]

Para piezas simples de las que se necesitan relativamente pocas copias (1 a 2 por día), se puede usar una bolsa de vacío . Un molde de fibra de vidrio, fibra de carbono o aluminio se pule y encera, y se aplica un agente desmoldante antes de aplicar la tela y la resina, y se tira del vacío y se deja a un lado para permitir que la pieza se cure (endurezca). Hay tres formas de aplicar la resina a la tela en un molde al vacío.

El primer método es manual y se llama laminación húmeda, donde la resina de dos partes se mezcla y se aplica antes de colocarla en el molde y colocarla en la bolsa. El otro se realiza por infusión, donde la tela seca y el molde se colocan dentro de la bolsa mientras la aspiradora tira la resina a través de un pequeño tubo hacia la bolsa, luego a través de un tubo con agujeros o algo similar para esparcir uniformemente la resina por toda la tela. . El telar de alambre funciona perfectamente para un tubo que requiere agujeros dentro de la bolsa. Ambos métodos de aplicación de resina requieren trabajo manual para esparcir la resina de manera uniforme y lograr un acabado brillante con orificios muy pequeños.

Un tercer método de construcción de materiales compuestos se conoce como laminado en seco. Aquí, el material de fibra de carbono ya está impregnado con resina (preimpregnado) y se aplica al molde de manera similar a la película adhesiva. Luego, el conjunto se coloca al vacío para curar. El método de colocación en seco tiene la menor cantidad de residuos de resina y puede lograr construcciones más ligeras que la colocación en húmedo. Además, debido a que es más difícil sangrar cantidades más grandes de resina con los métodos de colocación en húmedo, las piezas preimpregnadas generalmente tienen menos poros. La eliminación de orificios con cantidades mínimas de resina generalmente requiere el uso de presiones de autoclave para purgar los gases residuales.

Moldeo por compresión [ editar ]

Un método más rápido utiliza un molde de compresión . Este es un molde de dos piezas (macho y hembra) generalmente hecho de aluminio o acero que se presiona junto con la tela y la resina entre los dos. El beneficio es la velocidad de todo el proceso. Algunos fabricantes de automóviles, como BMW, afirmaron poder realizar un ciclo de una pieza nueva cada 80 segundos. Sin embargo, esta técnica tiene un coste inicial muy elevado ya que los moldes requieren un mecanizado CNC de altísima precisión.

Devanado de filamentos [ editar ]

Para formas difíciles o enrevesadas, se puede utilizar una bobinadora de filamentos para fabricar piezas de CFRP enrollando filamentos alrededor de un mandril o un núcleo.

Aplicaciones [ editar ]

Las aplicaciones para CFRP incluyen lo siguiente:

Ingeniería aeroespacial [ editar ]

Un Airbus A350 compuesto con librea temática de fibra de carbono

El Airbus A350 XWB está fabricado con 52% de CFRP [11], incluidos los largueros de las alas y los componentes del fuselaje, superando al Boeing 787 Dreamliner , el avión con la relación de peso más alta para CFRP, que es del 50%. [12] Este fue uno de los primeros aviones comerciales en tener largueros de ala hechos de materiales compuestos. El Airbus A380 fue uno de los primeros aviones comerciales en tener una caja de ala central hecha de CFRP; es el primero en tener una sección transversal de ala suavemente contorneada en lugar de dividir las alas en secciones. Esta sección transversal fluida y continua optimiza la eficiencia aerodinámica. [ cita requerida ]Además, el borde de fuga, junto con el mamparo trasero, el empenaje y el fuselaje no presurizado están hechos de CFRP. [13] Sin embargo, muchos retrasos han retrasado la entrega de pedidos debido a problemas con la fabricación de estas piezas. Muchas aeronaves que utilizan CFRP han experimentado retrasos en las fechas de entrega debido a los procesos relativamente nuevos utilizados para fabricar componentes de CFRP, mientras que las estructuras metálicas se han estudiado y utilizado en las estructuras de los aviones durante años, y los procesos se comprenden relativamente bien. Un problema recurrente es el control del envejecimiento estructural, para el cual se investigan constantemente nuevos métodos, debido a la inusual naturaleza multimaterial y anisotrópica del CFRP. [14]

En 1968, un conjunto de ventiladores de fibra de carbono Hyfil estaba en servicio en los Rolls-Royce Conways de los Vickers VC10 operados por BOAC . [15]

Los diseñadores y fabricantes de aviones especializados Scaled Composites han hecho un uso extensivo de CFRP en toda su gama de diseños, incluida la primera nave espacial tripulada privada Spaceship One . El CFRP se usa ampliamente en vehículos micro aéreos (MAV) debido a su alta relación resistencia / peso.

Ingeniería automotriz [ editar ]

1996 McLaren F1 : primera carrocería de fibra de carbono
McLaren MP4 (MP4 / 1), primer coche de F1 de fibra de carbono.

Los CFRP se utilizan ampliamente en las carreras de automóviles de alta gama. [16] El alto costo de la fibra de carbono se ve mitigado por la incomparable relación resistencia-peso del material, y el bajo peso es esencial para las carreras de automóviles de alto rendimiento. Los fabricantes de autos de carrera también han desarrollado métodos para dar resistencia a las piezas de fibra de carbono en una determinada dirección, haciéndolas fuertes en una dirección de carga, pero débiles en direcciones donde se colocaría poca o ninguna carga sobre el miembro. Por el contrario, los fabricantes desarrollaron tejidos de fibra de carbono omnidireccionales que aplican resistencia en todas las direcciones. Este tipo de ensamblaje de fibra de carbono se usa más ampliamente en el ensamblaje de chasis monocasco de "celda de seguridad" de autos de carreras de alto rendimiento. El primer chasis monocasco de fibra de carbono se introdujo en la Fórmula Uno.por McLaren en la temporada 1981. Fue diseñado por John Barnard y fue copiado ampliamente en las temporadas siguientes por otros equipos de F1 debido a la rigidez adicional proporcionada al chasis de los autos. [17]

Muchos superdeportivos en las últimas décadas han incorporado CFRP ampliamente en su fabricación, usándolo para su chasis monocasco, así como para otros componentes. [18] Ya en 1971, el Citroën SM ofrecía llantas de fibra de carbono ligeras opcionales. [19] [20]

El uso del material ha sido adoptado más fácilmente por los fabricantes de bajo volumen que lo usaron principalmente para crear paneles de carrocería para algunos de sus autos de alta gama debido a su mayor resistencia y menor peso en comparación con el polímero reforzado con vidrio que usaron para el la mayoría de sus productos.

Ingeniería civil [ editar ]

CFRP se ha convertido en un material notable en aplicaciones de ingeniería estructural . Estudiado en un contexto académico en cuanto a sus beneficios potenciales en la construcción, también ha demostrado ser rentable en una serie de aplicaciones de campo que refuerzan estructuras de hormigón, mampostería, acero, hierro fundido y madera. Su uso en la industria puede ser para reacondicionamiento para fortalecer una estructura existente o como material de refuerzo alternativo (o pretensado) en lugar del acero desde el inicio de un proyecto.

El reacondicionamiento se ha convertido en el uso cada vez más dominante del material en la ingeniería civil, y las aplicaciones incluyen el aumento de la capacidad de carga de estructuras antiguas (como puentes) que fueron diseñadas para tolerar cargas de servicio mucho más bajas que las que están experimentando hoy, reacondicionamiento sísmico y reparación de estructuras dañadas. La modernización es popular en muchos casos, ya que el costo de reemplazar la estructura deficiente puede exceder en gran medida el costo de refuerzo con CFRP. [21]

Aplicado a estructuras de hormigón armado para flexión, el CFRP generalmente tiene un gran impacto en la resistencia (no es raro duplicar o más la resistencia de la sección), pero solo un aumento moderado de la rigidez (quizás un aumento del 10%). Esto se debe a que el material usado en esta aplicación es típicamente muy fuerte (por ejemplo, 3000 MPa de resistencia máxima a la tracción , más de 10 veces el acero dulce) pero no particularmente rígido (es típico de 150 a 250 GPa, un poco menos que el acero). Como consecuencia, solo se utilizan pequeñas áreas de sección transversal del material. Las áreas pequeñas de material de muy alta resistencia pero de rigidez moderada aumentarán significativamente la resistencia, pero no la rigidez.

El CFRP también se puede aplicar para mejorar la resistencia al corte del hormigón armado envolviendo telas o fibras alrededor de la sección que se va a reforzar. Envolver secciones (como puentes o columnas de edificios) también puede mejorar la ductilidad de la sección, aumentando en gran medida la resistencia al colapso bajo cargas sísmicas. Este "reacondicionamiento sísmico" es la principal aplicación en áreas propensas a terremotos, ya que es mucho más económico que los métodos alternativos.

Si una columna es circular (o casi), también se logra un aumento de la capacidad axial mediante la envoltura. En esta aplicación, el confinamiento de la envoltura de CFRP mejora la resistencia a la compresión del concreto. Sin embargo, aunque se logran grandes aumentos en la carga de colapso final, el concreto se agrietará con una carga ligeramente mejorada, lo que significa que esta aplicación solo se usa ocasionalmente. El CFRP de módulo ultra alto especializado (con módulo de tracción de 420 GPa o más) es uno de los pocos métodos prácticos para fortalecer vigas de hierro fundido. En uso típico, se adhiere al ala de tracción de la sección, lo que aumenta la rigidez de la sección y reduce el eje neutro , reduciendo así en gran medida la tensión máxima de tracción en el hierro fundido.

En los Estados Unidos, las tuberías cilíndricas de hormigón pretensado (PCCP) representan la gran mayoría de las tuberías principales de transmisión de agua. Debido a sus grandes diámetros, las fallas del PCCP suelen ser catastróficas y afectan a grandes poblaciones. Aproximadamente 19.000 millas (31.000 km) de PCCP se instalaron entre 1940 y 2006. Se ha atribuido a la corrosión en forma de fragilización por hidrógeno el deterioro gradual de los cables pretensados ​​en muchas líneas de PCCP. Durante la última década, los CFRP se han utilizado para revestir internamente el PCCP, lo que ha dado como resultado un sistema de fortalecimiento completamente estructural. Dentro de una línea de PCCP, el revestimiento de CFRP actúa como una barrera que controla el nivel de tensión que experimenta el cilindro de acero en la tubería principal. El revestimiento compuesto permite que el cilindro de acero funcione dentro de su rango elástico, para asegurar la tubería 'Se mantiene el rendimiento a largo plazo. Los diseños de revestimiento de CFRP se basan en la compatibilidad de deformación entre el revestimiento y la tubería principal.[22]

El CFRP es un material más costoso que sus contrapartes en la industria de la construcción, el polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) y el polímero reforzado con fibra de aramida (AFRP), aunque el CFRP, en general, se considera que tiene propiedades superiores. Se sigue investigando mucho sobre el uso de CFRP tanto para la modernización como como alternativa al acero como material de refuerzo o pretensado. El costo sigue siendo un problema y aún quedan dudas sobre la durabilidad a largo plazo. A algunos les preocupa la naturaleza frágil del CFRP, en contraste con la ductilidad del acero. Aunque los códigos de diseño han sido redactados por instituciones como el American Concrete Institute, sigue habiendo algunas dudas entre la comunidad de ingenieros sobre la implementación de estos materiales alternativos. En parte,esto se debe a la falta de estandarización y la naturaleza patentada de las combinaciones de fibra y resina en el mercado.

Microelectrodos de fibra de carbono [ editar ]

Las fibras de carbono se utilizan para la fabricación de microelectrodos de fibra de carbono . En esta aplicación, normalmente se sella una sola fibra de carbono con un diámetro de 5-7 μm en un capilar de vidrio. [23] En la punta, el capilar se sella con epoxi y se pule para hacer un microelectrodo de disco de fibra de carbono o la fibra se corta a una longitud de 75-150 μm para hacer un electrodo cilíndrico de fibra de carbono. Los microelectrodos de fibra de carbono se utilizan en amperometría o voltamperometría cíclica de barrido rápido para la detección de señales bioquímicas.

Artículos deportivos [ editar ]

Una canoa de fibra de carbono y Kevlar (Placid Boatworks Rapidfire en el Adirondack Canoe Classic )

El CFRP ahora se usa ampliamente en equipos deportivos como raquetas de squash, tenis y bádminton, palos de cometas deportivas , flechas de alta calidad, palos de hockey, cañas de pescar, tablas de surf , aletas de natación de alta gama y conchas de remo . Los atletas amputados como Jonnie Peacock usan hojas de fibra de carbono para correr. Se utiliza como placa de caña en algunas zapatillas de baloncesto para mantener el pie estable, generalmente a lo largo del zapato justo por encima de la suela y queda expuesta en algunas áreas, generalmente en el arco.

De manera controvertida, en 2006, jugadores de alto perfil, incluidos Ricky Ponting y Michael Hussey, introdujeron y utilizaron bates de cricket con una fina capa de fibra de carbono en la espalda en partidos competitivos . Se afirmó que la fibra de carbono simplemente aumentaba la durabilidad de los murciélagos, pero la CPI la prohibió en todos los partidos de primera clase en 2007. [24]

Un cuadro de bicicleta CFRP pesa menos que uno de acero, aluminio o titanio que tenga la misma resistencia. El tipo y la orientación del tejido de fibra de carbono se pueden diseñar para maximizar la rigidez en las direcciones requeridas. Los cuadros se pueden ajustar para adaptarse a diferentes estilos de conducción: los eventos de velocidad requieren cuadros más rígidos, mientras que los eventos de resistencia pueden requerir cuadros más flexibles para la comodidad del ciclista durante períodos más largos. [25] La variedad de formas en las que se puede construir ha aumentado aún más la rigidez y también ha permitido secciones de tubo aerodinámicas . Horquillas de CFRP, incluidas las coronas y los tubos de dirección de la horquilla de suspensión, el manillar , las tijas de sillín y las bielasson cada vez más comunes en bicicletas de precio medio y alto. Las llantas CFRP siguen siendo caras, pero su estabilidad en comparación con el aluminio reduce la necesidad de reajustar una rueda y la masa reducida reduce el momento de inercia de la rueda. Los radios CFRP son raros y la mayoría de los juegos de ruedas de carbono conservan los radios tradicionales de acero inoxidable. El CFRP también aparece cada vez más en otros componentes, como piezas de desviador, palancas y carrocerías de cambio y freno, soportes de piñones de casete, varillajes de suspensión, rotores de freno de disco, pedales, suelas de zapatos y rieles de sillín. Aunque son fuertes y ligeros, el impacto, el apriete excesivo o la instalación incorrecta de los componentes de CFRP han provocado grietas y fallas, que pueden ser difíciles o imposibles de reparar. [26] [27]

Otras aplicaciones [ editar ]

La resistencia al fuego de los polímeros y los compuestos termoendurecidos mejora significativamente si se moldea una capa delgada de fibras de carbono cerca de la superficie porque una capa densa y compacta de fibras de carbono refleja el calor de manera eficiente. [28]

El CFRP se utiliza en un número cada vez mayor de productos de alta gama que requieren rigidez y poco peso, entre los que se incluyen:

  • Instrumentos musicales, incluidos arcos de violín; púas de guitarra, cuellos (varillas de fibra de carbono) y protectores de picos; conchas de tambor; cantantes de gaitas; e instrumentos musicales enteros como los violonchelos, violas y violines de fibra de carbono de Luis y Clark ; y guitarras acústicas y ukeleles de Blackbird Guitars ; también componentes de audio como tocadiscos y altavoces.
  • Las armas de fuego lo usan para reemplazar ciertos componentes de metal, madera y fibra de vidrio, pero muchas de las partes internas todavía están limitadas a aleaciones metálicas, ya que los plásticos reforzados actuales no son adecuados.
  • Carrocerías de drones de alto rendimiento y otros componentes de aeronaves y vehículos controlados por radio, como palas de rotor de helicópteros.
  • Postes livianos como: patas de trípode, palos de tienda, cañas de pescar, tacos de billar, bastones para caminar y palos de alto alcance, como para limpiar ventanas.
  • En odontología, los postes de fibra de carbono se utilizan para restaurar los dientes tratados con endodoncia.
  • Tren Railed bogies para el servicio de pasajeros. Esto reduce el peso hasta en un 50% en comparación con los bogies metálicos, lo que contribuye al ahorro de energía. [29]
  • Carcasas para portátiles y otros estuches de alto rendimiento.
  • Tejidos de carbono. [30] [31]
  • Tiro con arco, flechas y pernos de fibra de carbono, culata y riel.
  • Como filamento para el proceso de impresión de modelado de deposición fundida 3D, el plástico reforzado con fibra de carbono (filamento de poliamida-carbono) se utiliza para la producción de herramientas y piezas resistentes pero ligeras debido a su alta resistencia y longitud de desgarro. [32]
  • Rehabilitación de tubería de calefacción urbana, mediante método CIPP.

Eliminación y reciclaje [ editar ]

Los CFRP tienen una larga vida útil cuando están protegidos del sol. Cuando llega el momento de retirar los CFRP, no se pueden fundir en el aire como muchos metales. Cuando están libres de vinilo (PVC o cloruro de polivinilo ) y otros polímeros halogenados, los CFRP se pueden descomponer térmicamente mediante despolimerización térmica en un entorno sin oxígeno. Esto se puede lograr en una refinería en un proceso de un solo paso. Entonces es posible la captura y reutilización del carbono y los monómeros. Los CFRP también se pueden triturar o triturar a baja temperatura para recuperar la fibra de carbono; sin embargo, este proceso acorta las fibras drásticamente. Al igual que con el recicladopapel, las fibras acortadas hacen que el material reciclado sea más débil que el material original. Todavía hay muchas aplicaciones industriales que no necesitan la fuerza del refuerzo de fibra de carbono de longitud completa. Por ejemplo, la fibra de carbono recuperada picada se puede utilizar en la electrónica de consumo, como las computadoras portátiles. Proporciona un excelente refuerzo de los polímeros utilizados incluso si carece de la relación resistencia-peso de un componente aeroespacial.

Polímero reforzado con nanotubos de carbono (CNRP) [ editar ]

En 2009, Zyvex Tecnologías introdujo nanotubos reforzado con epoxi y de carbono de carbono preimpregnados . [33] El polímero reforzado con nanotubos de carbono (CNRP) es varias veces más fuerte y resistente que el CFRP y se utiliza en el Lockheed Martin F-35 Lightning II como material estructural para aviones. [34] El CNRP todavía utiliza fibra de carbono como refuerzo principal, [35] pero la matriz de unión es un epoxi relleno de nanotubos de carbono. [36]

Ver también [ editar ]

  • Fibras de carbono: fibras de  material de entre 5 y 10 μm de diámetro compuestas de carbono
  • Reparación compuesta
  • Mecánica de las palas de carrera de Oscar Pistorius: palas  utilizadas por el corredor paralímpico sudafricano Oscar Pistorius
  • Carbono-Carbono reforzado

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b Nguyen, Dinh; Abdullah, Mohammad Sayem Bin; Khawarizmi, Ryan; Kim, Dave; Kwon, Patrick (2020). "El efecto de la orientación de la fibra en el desgaste de la herramienta en el recorte de bordes de laminados de plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP)". Use . Elsevier BV 450–451: 203213. doi : 10.1016 / j.wear.2020.203213 . ISSN  0043-1648 .
  2. ^ Kopeliovich, Dmitri. "Compuestos de polímeros reforzados con fibra de carbono" . Archivado desde el original el 14 de mayo de 2012.. substech.com
  3. ^ Córum, JM; Battiste, RL; Liu, K. C; Ruggles, MB (febrero de 2000). "Propiedades básicas del compuesto de fibra de carbono Crossply de referencia, ORNL / TM-2000/29, Pub57518" (PDF) . Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Archivado (PDF) desde el original el 27 de diciembre de 2016.
  4. ↑ a b c Courtney, Thomas (2000). Comportamiento mecánico de los materiales . Estados Unidos de América: Waveland Press, Inc. págs. 247–249. ISBN 1-57766-425-6.
  5. ↑ a b c d e f Chawla, Krishan (2013). Materiales compuestos . Estados Unidos de América: Springer. ISBN 978-0-387-74364-6.
  6. ^ Ray, BC (1 de junio de 2006). "Efecto de la temperatura durante el envejecimiento húmedo en interfaces de compuestos epoxi reforzados con fibra de vidrio y carbono". Revista de ciencia coloide y de interfaz . 298 (1): 111-117. Código bibliográfico : 2006JCIS..298..111R . doi : 10.1016 / j.jcis.2005.12.023 . PMID 16386268 . 
  7. ^ Almudaihesh, Faisel; Holford, Karen; Pullin, Rhys; Eaton, Mark (1 de febrero de 2020). "La influencia de la absorción de agua en compuestos de CFRP tejidos unidireccionales y 2D y su rendimiento mecánico" . Compuestos Parte B: Ingeniería . 182 : 107626. doi : 10.1016 / j.compositesb.2019.107626 . ISSN 1359-8368 . 
  8. ^ Guzmán, Enrique; Cugnoni, Joël; Gmür, Thomas (mayo de 2014). "Modelos multifactoriales de un compuesto de fibra de carbono / epoxi sometido a envejecimiento ambiental acelerado". Estructuras compuestas . 111 : 179-192. doi : 10.1016 / j.compstruct.2013.12.028 .
  9. ^ Scott, Alwyn (25 de julio de 2015). "Boeing analiza el costoso titanio en un intento por detener las pérdidas del 787" . www.stltoday.com . Reuters. Archivado desde el original el 17 de noviembre de 2017 . Consultado el 25 de julio de 2015 .
  10. ^ "Cómo se hace" . Zoltek. Archivado desde el original el 19 de marzo de 2015 . Consultado el 26 de marzo de 2015 .
  11. ^ "Tomando la iniciativa: presentación A350XWB" (PDF) . EADS. Diciembre de 2006. Archivado desde el original el 27 de marzo de 2009. CS1 maint: URL no apta ( enlace )
  12. ^ "AERO - Boeing 787 desde cero" . Boeing. 2006. Archivado desde el original el 21 de febrero de 2015 . Consultado el 7 de febrero de 2015 .
  13. ^ Pora, Jérôme (2001). "Materiales compuestos en el Airbus A380: de la historia al futuro" (PDF) . Aerobús. Archivado (PDF) desde el original el 6 de febrero de 2015 . Consultado el 7 de febrero de 2015 .
  14. ^ Guzmán, Enrique; Gmür, Thomas (dir.) (2014). "Un nuevo método de monitoreo de la salud estructural para estructuras de CFRP a gran escala" (PDF) . Tesis doctoral EPFL. doi : 10.5075 / epfl-thesis-6422 . Archivado (PDF) desde el original el 25 de junio de 2016. Cite journal requires |journal= (help)
  15. ^ "Motores" . Vuelo internacional . 26 de septiembre de 1968. Archivado desde el original el 14 de agosto de 2014.
  16. ^ "Cómo hacer una serie de coches F1 de Red Bull explica el uso de fibra de carbono: vídeo" . autoridad motora . Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2013 . Consultado el 11 de octubre de 2013 .
  17. ^ Henry, Alan (1999). McLaren: Equipo de carreras de Fórmula 1 . Haynes. ISBN 1-85960-425-0.
  18. ^ Howard, Bill (30 de julio de 2013). "BMW i3: coches de fibra de carbono baratos y producidos en serie finalmente alcanzan la mayoría de edad" . Tecnología extrema . Archivado desde el original el 31 de julio de 2015 . Consultado el 31 de julio de 2015 .
  19. ^ Petrány, Máté (17 de marzo de 2014). "Ruedas de fibra de carbono fabricadas por Michelin para Citroën en 1971" . Jalopnik . Archivado desde el original el 18 de mayo de 2015 . Consultado el 31 de julio de 2015 .
  20. ^ L: aChance, David (abril de 2007). "Reinventar la rueda Deja que Citroën lleve al mercado las primeras ruedas de resina del mundo" . Hemmings . Archivado desde el original el 6 de septiembre de 2015 . Consultado el 14 de octubre de 2015 .
  21. ^ Ismail, N. "Fortalecimiento de puentes usando compuestos CFRP". najif.net.
  22. ^ Rahman, S. (noviembre de 2008). "No se esfuerce por las fallas de la tubería del cilindro de concreto pretensado" . Revista Opflow . 34 (11): 10-15. doi : 10.1002 / j.1551-8701.2008.tb02004.x . Archivado desde el original el 2 de abril de 2015.
  23. ^ Pike, Carolyn M .; Grabner, Chad P .; Harkins, Amy B. (4 de mayo de 2009). "Fabricación de electrodos amperométricos" . Revista de experimentos visualizados (27). doi : 10.3791 / 1040 . PMC 2762914 . PMID 19415069 .  
  24. ^ "ICC y Kookaburra acuerdan la retirada de Carbon Bat" . NetComposites. 19 de febrero de 2006 . Consultado el 1 de octubre de 2018 .
  25. ^ "Tecnología de carbono" . Ciclo de mirada. Archivado desde el original el 30 de noviembre de 2016 . Consultado el 30 de noviembre de 2016 .
  26. ^ "Los peligros del progreso" . Revista de ciclismo . 16 de enero de 2012. Archivado desde el original el 23 de enero de 2013 . Consultado el 16 de febrero de 2013 .
  27. ^ "Carbono reventado" . Archivado desde el original el 30 de noviembre de 2016 . Consultado el 30 de noviembre de 2016 .
  28. ^ Zhao, Z .; Gou, J. (2009). "Retardancia al fuego mejorada de compuestos termoendurecibles modificados con nanofibras de carbono" . Sci. Technol. Adv. Mater . 10 (1): 015005. Código Bibliográfico : 2009STAdM..10a5005Z . doi : 10.1088 / 1468-6996 / 10/1/015005 . PMC 5109595 . PMID 27877268 .  
  29. ^ "Bogies de plástico reforzado con fibra de carbono en prueba" . Gaceta ferroviaria . 7 de agosto de 2016. Archivado desde el original el 8 de agosto de 2016 . Consultado el 9 de agosto de 2016 .
  30. Lomov, Stepan V .; Gorbatikh, Larissa; Kotanjac, Željko; Koissin, Vitaly; Houlle, Matthieu; Rochez, Olivier; Karahan, Mehmet; Mezzo, Luca; Verpoest, Ignaas (febrero de 2011). "Compresibilidad de tejidos de carbono con nanotubos / nanofibras de carbono que crecen en las fibras". Ciencia y tecnología de composites . 71 (3): 315–325. doi : 10.1016 / j.compscitech.2010.11.024 .
  31. ^ Hans, Kreis (2 de julio de 2014). "Tejidos de carbono" . compositesplaza.com . Archivado desde el original el 2 de julio de 2018 . Consultado el 2 de enero de 2018 .
  32. ^ "Filamento CF de poliamida - 3D Druck mit EVO-tech 3D Druckern" [Filamento CF de poliamida - Impresión 3D con impresoras 3D EVO-tech] (en alemán). Austria: EVO-tech . Consultado el 4 de junio de 2019 .
  33. ^ "Zyvex Performance Materials lanza la línea de adhesivos mejorados nano que agregan resistencia, reducen costos" (PDF) (Comunicado de prensa). Materiales de rendimiento Zyvex. 9 de octubre de 2009. Archivado desde el original (PDF) el 16 de octubre de 2012 . Consultado el 26 de marzo de 2015 .
  34. ^ Trimble, Stephen (26 de mayo de 2011). "Lockheed Martin revela que el F-35 presenta estructuras de nanocompuestos" . Vuelo internacional . Archivado desde el original el 30 de mayo de 2011 . Consultado el 26 de marzo de 2015 .
  35. ^ Pozegic, TR; Jayawardena, KDGI; Chen, JS .; Anguita, JV; Ballocchi, P .; Stolojan, V .; Silva, SRP; Hamerton, I. (1 de noviembre de 2016). "Desarrollo de nanocompuestos de fibra de carbono multifuncionales sin apresto" . Compuestos Parte A: Ciencia aplicada y fabricación . 90 : 306–319. doi : 10.1016 / j.compositesa.2016.07.012 . hdl : 1983 / 9e3d463c-20a8-4826-89f6-759e950f43e6 . ISSN 1359-835X . 
  36. ^ "Preimpregnado de fibra de carbono de resina epoxi mejorada con nanotubos AROVEX ™ - Ficha de datos de seguridad del material" (PDF) . Materiales de rendimiento Zyvex. 8 de abril de 2009. Archivado desde el original (PDF) el 16 de octubre de 2012 . Consultado el 26 de marzo de 2015 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Asociación de Fabricantes de Fibra de Carbono de Japón (inglés)
  • Los ingenieros diseñan un sistema de refuerzo compuesto para el corredor lesionado de Hokie, Cedric Humes
  • Artículo de The New Steel a 1968 Flight sobre el anuncio de la fibra de carbono
  • Fibras de carbono: los primeros cinco años Un artículo de vuelo de 1971 sobre la fibra de carbono en el campo de la aviación