Integrantes:Armas

Bencomo Gimenez

Villamizar

UNIVERSIDAD JOSE ANTONIO PAEZ

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA

MECANICA

Fibra de carbono

Historia

Thomas Alba Edison

Roger Bacon

Akio Shindo

Primeros precursores

El Ministerio de Defensa del Reino UnidoPatento y fue autorizada a tres empresas

británicas:

Courtaulds

Morganita

Rolls-Royce

En 1970, los trabajos experimentales para encontrar materias primas alternativas

Brea

Equipo Mclaren

en 1981, el equipo Mclaren, junto a su diseñador John barnard

Descripción

•Es un material compuesto no metálico de tipo polimérico.•La fibra de carbón es un filamento largo y delgado.•Las fibras de carbono son sólidos que presentan una morfología fibrosa.• se combinan con otros materiales para formar un compuesto.

Estructura

La estructura atómica de la fibra de carbono es similar a la del grafito, consistente en láminas de átomos de carbono ordenados en un patrón regular hexagonal

Proceso de fabricación 1º paso: es estirar las fibras de PAN (poliacrilonitrilo) y darles la orientación molecular requerida 2º paso: se oxida el polímero a 200-300 ºC en aire

Al aumentar el calor, los átomos de carbono se deshacen de sus hidrógenos, haciéndolos poseer una mayor estabilidad debido a la deslocalización electrónica en enlaces.

A medida que se va incrementando la temperatura las cadenas adyacentes se unen entre sí.

3º paso (Carbonización): Una vez que las fibras han adquirido estabilidad, son sometidas a temperaturas superiores a los 1.000ºC bajo una atmósfera inerte (no puede mantenerse una combustión).

Para conseguir una fibra de alta resistencia se recurre al mismo tratamiento térmico de carbonización pero ahora el PAN se calienta a 1500 a 2000ºC (carbonización) en atmósfera sin oxígeno

4º pasó (Grafitización): es un nuevo tratamiento térmico, por encima de 2000ºC, el tamaño de los cristales de carbono aumenta y mejora la orientación de los anillos en la fibra

5º paso (Tratamiento de superficie): finalmente, la fibra pasa a través de una cámara donde se le aplica un producto catalizador que promueve la adhesión de la fibra a la resina

Tejidoel producto primario son filamentos individuales de carbono, también llamados mechas

son trenzados entre sí en grupos de 5.000 y 12.000 mechas y otros de 120.000 a 400.000 filamentos para crear hilos

Posicionado de fibras para crear cintas

Una vez se tienen las cintas de fibra de carbón, estos son entretejidos para conformar una malla o tela de carbono

Tejido plano

Tejido satinado

Tejido de armadura

Producción de piezasEl proceso para la fabricación de piezas de fibra de carbono industrialmente se hace por técnica en vacío dentro de un horno, pero, normalmente se hace el trabajo de forma manual, con brochas, espátulas o pistola.

se hace una plantilla del molde para cortar pieza de tela de fibra de carbón.

se aplica un desmontante no dejara que la resina se peque a la pieza

se coloca la tela en el moldedejamos secar durante 2 horas a temperatura ambiente

Fabricación de piezas

Recubrimiento de piezaslijar la pieza a recubrir para quitar los brillos

mezclar la base inferior negra epoxica con el endurecedor epoxico

colocar la tela de fibra de carbono sobre la superficie a recubrir

mezclar la base superior transparente epoxica con el endurecedor

deje sacar aproximadamente 7 y 8 horas

Creación de objetos con mayor tamaño

Procesos que se realizan en un un horno por un tiempo de entre 8 a 16 horas a una temperatura de 1800 grados centígrados

PropiedadesLa fibra de carbono ofrece numerosas

cualidades funcionales siendo un compuesto ligero, con igual resistencia, inmune a la corrosión, consistente y de tenacidad, que puede adoptar diversas formas y adaptarse a las necesidades de múltiples sectores.

Propiedades

Propiedades fisicas

Propiedades quimicas

Propiedades mecanicas

Aplicaciones•Industria aeronáutica

•Industria automovilística

•Industria naval

•Industria del deporte

•En la construcción

•Industria musical •Industria armamentística

•Industria de las telecomunicaciones

Ventajas•Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable•Son materiales ultra ligeros•Conllevan un menor tiempo de instalación y Permite el uso de las estructuras inmediatamente después de la aplicación•Rigidez•Absorción de impactos y vibraciones •Estética y Personalización

Desventajas

•Elevado precio de producción •Tan ligera y resistente como peligrosa para la salud•Durabilidad•Reciclaje

Tipos de fibra de carbono

Según sus propiedades la fibra de carbono se divide en los siguientes tipos:

•Ultra- alto módulo•Fibras de alto módulo•Fibras de modulo intermedio•Fibras de bajo modulo y de altas resistencia•Súper alta resistencia

Según la temperatura de tratamiento térmico final se pueden clasificar en:

•Tipo I. Tratamiento de alta temperatura

•Tipo II. Tratamiento de calor intermedio.

•Tipo III. Tratamiento a baja temperatura.

Según los materiales del precursor, las fibras de carbono se pueden clasificar en:

•Fibras de carbono a base de brea isotrópica• Fibras de carbono basadas en brea de meso-fase

• Fibras de carbono basadas en PAN

•Fibras de carbono a base de filamentos de fibras de bambu

•Fibras de carbono a base de brea

•Fibras de carbono a base de Rayón

El carbotanium o carbo-titanio es una combinación de fibras de carbono y titanio que forma un material compuesto con una alta resistencia y tolerancia al daño Composición de la aleación

Titanio: El titanio empleado es una aleación, mejor conocido como Timetal 15-3-3

Fibra de carbono: La fibra de carbono unidireccional tiene un límite de tracción cercano a 1500 MPa y un módulo de Young de 110 GPa.

Aleaciones

Composición y propiedades mecánicas del Timetal:Al (Aluminio): 3% Mo (Molibdeno): 15%, Nb (Niobio): 3%, O2 (Dioxígeno): 0,11-0,15%, Si (Silicio): 0,2% Ti (Titanio): Base. Propiedades mecánicas: Tensión de rotura: 983,9-1198 MPa, Módulo de Young: 88,83-114,8 Gpa

Preparación del carbotanium

• Para proceder al pegado de ambos, el titanio se somete a un proceso de limpieza exhaustivo.

• Se procede aplicar el proceso de envejecimiento estándar para el titanio.

• La fibra de carbono se pega a la zona recubierta del titanio usando un adhesivo.

• Se somete a la fibra de carbono al proceso de curado

Propiedades Al FalloModos de falla en las fibras

Pueden ser considerados dos modos de falla diferentes:•Relacionado con una carga a tracción.•Relacionado con una carga a compresión.

Modos de falla en la matriz

•La microfisuración es el principal modo de falla.•Estas grietas aparecerían debido a los esfuerzos en ambos sentidos, tracción o compresión, y esfuerzo cortante

Modos de falla en la Interface fibra-matriz

•El modo de falla común considerado es el llamado debonding.•Esto produce una pérdida de adhesión y un deslizamiento con una gran pérdida de energía de fricción. Modos de falla Interface lámina-lámina

El modo de falla que puede aparecer es la deslaminación. Esto equivale a una pérdida de adhesión entre las láminas, por lo tanto una pérdida de la correcta distribución de cargas entre ellas.