Fibra de carbono

Historia

• 1879–1880: Edison carboniza hilo de algodón y bambú para filamentos de bombilla.
• 1958: Roger Bacon (Union Carbide) obtiene fibras de alto rendimiento a partir de rayón.
• Principios de los 60: Akio Shindo (Japón) desarrolla el proceso a partir de poliacrilonitrilo (PAN).
• 1963: Watt, Phillips y Johnson (Royal Aircraft Establishment, Reino Unido) consiguen el proceso que libera el potencial de resistencia del PAN.
• 1971: Toray comercializa la T300, que se convierte en la fibra estándar aeroespacial.

Fabricación (vía PAN)

1. Hilatura del precursor PAN, que alinea las cadenas.
2. Estabilización (oxidación) en aire a unos 200–300 °C bajo tensión controlada.
3. Carbonización en atmósfera inerte; se eliminan los átomos que no son carbono.
4. Grafitización opcional a 2500–3000 °C para fibras de alto módulo.
5. Tratamiento superficial (oxidación electrolítica) para mejorar la adhesión a la matriz.
6. Ensimaje (sizing) compatible con la resina: epoxi, viniléster, termoplástico…

El PAN da un 93–95 % de carbono. Las fibras de pitch mesofásico alcanzan módulos muy altos (> 600 GPa) y conductividad térmica elevada.

Clasificación habitual

| Clase | Módulo típico | Ejemplos | |---|---|---| | Estándar / alta resistencia (HS) | 230–250 GPa | T300, T700S, AS4, TR50S, PX35 | | Módulo intermedio (IM) | 270–330 GPa | T800S, T1100G, IM7, IM10 | | Alto módulo (HM) | 340–450 GPa | M40J, M46J, HM63, HS40 | | Ultra alto módulo (UHM) | > 450 GPa | M55J, M60J, fibras de pitch |

Formatos

Se vende en mechas (tows) de 1K a 50K filamentos (1K = 1000 filamentos). La densidad lineal se expresa en tex (g/1000 m). Las mechas de 1K–12K se consideran small tow (aeroespacial); las de 24K–50K o más, large tow (industria, eólica).