Por qué la fibra de carbono es el material del futuro

La fibra de carbono se está convirtiendo rápidamente en uno de los materiales más solicitados en la fabricación moderna, desde bicicletas de alta gama hasta electrónica de vanguardia.

Pero, ¿qué es exactamente la fibra de carbono y por qué es tan especial? Analizaremos qué es la fibra de carbono, sus cualidades únicas y cómo se utiliza. Al final, entenderá por qué la fibra de carbono se considera a menudo el material del futuro.

¿Qué es la fibra de carbono?

Lafibra de carbono es una sustancia formada por finas fibras compuestas de átomos de carbono en forma cristalina. La fibra de carbono suele procesarse calentando los llamados materiales precursores, entre los que se incluyen el poliacrilonitrilo (PAN), el rayón y la brea de petróleo, a temperaturas muy elevadas en ausencia de aire. El procedimiento se denomina pirólisis y tiene como resultado la eliminación del material no carbonoso de los precursores, produciendo átomos de carbono de cadena larga. Las fibras de carbono producidas son muy ligeras en masa y poseen propiedades de gran resistencia y rigidez.

La fibra se combina generalmente con un material de resina como el epoxi para crear un compuesto. El compuesto se utiliza ampliamente para fabricar estructuras ligeras y robustas. Los compuestos son moldeables y suelen fabricarse en diferentes formas y tamaños, según lo requieran las aplicaciones. Las fibras de carbono son muy admiradas por sus propiedades de relación fuerza-peso, resistencia a la corrosión y resistencia térmica.

¿Qué hace que la fibra de carbono sea tan especial?

El atractivo de la fibra de carbono se basa en sus numerosas propiedades:

1. Alta relación resistencia-peso

Los materiales de fibra de carbono tienen una de las mejores relaciones resistencia-peso. Los materiales de fibra de carbono son cinco veces más resistentes que el acero, pero más ligeros. Esto implica que los materiales de fibra de carbono poseen la misma resistencia o incluso más que el acero. Sin embargo, los materiales de fibra de carbono son más ligeros que el acero. Es muy beneficioso tener la misma resistencia con un peso menor porque este aspecto puede favorecer significativamente a las mismas industrias.

2. Rigidez

Los materiales de fibra de carbono también son extremadamente rígidos y resisten los efectos de la presión. En otras palabras, son resistentes a la flexión o doblado significativos cuando se someten a presión. Esta característica hace que la fibra de carbono sea ideal para la fabricación de alas de aviones u otros equipos deportivos como raquetas de tenis y palos de golf. Además de su durabilidad, las fibras de carbono también conservan su forma cuando están sometidas a presión.

3. Resistencia a la corrosión

A diferencia de los metales, las fibras de carbono poseen la capacidad natural de resistir la corrosión, lo que las hace especialmente adecuadas para condiciones duras en las que el material puede estar expuesto al agua, a sustancias químicas o a altas temperaturas. Las fibras de carbono, por ejemplo, son especialmente adecuadas para aplicaciones relacionadas con embarcaciones, ya que no se oxidan como el acero o el aluminio.

4. Estabilidad térmica

Los compuestos de fibra de carbono no se degradan con las altas temperaturas. Ciertos tipos de fibra de carbono pueden soportar temperaturas superiores a 300° C (572° F), por lo que encuentran muchas aplicaciones como componentes de motores. Esto es particularmente cierto tanto para automóviles como para aeronaves.

5. Versatilidad

Es posible darle formas y diseños complejos, y ésta es una cualidad difícil de igualar en otros materiales. Esto lo ha convertido en un material muy popular para diversas industrias que van desde la electrónica de consumo hasta la exploración aeroespacial.

¿Qué usos tiene la fibra de carbono?

Se aplica en muchos campos, dada su extraordinaria resistencia y durabilidad. Algunos de los usos más notables son los siguientes:

1. Aeroespacial y aviación

La industria aeroespacial ha utilizado ampliamente la adaptación de la fibra de carbono, cuya demanda va en aumento. Los fabricantes de aviones han utilizado compuestos de fibra de carbono en muchas piezas estructurales clave, como las alas, el fuselaje y otras, para reducir el peso y aumentar así la eficiencia del combustible. Este material es capaz de soportar altas velocidades, fuertes presiones y temperaturas extremas, por lo que es perfecto para volar.

2. Industria del automóvil

La fibra de carbono está encontrando rápidamente una aplicación más amplia en la industria del automóvil, con especial énfasis en los coches deportivos de alto rendimiento y los vehículos eléctricos. La naturaleza ligera de la fibra de carbono mejora el ahorro de combustible en los vehículos eléctricos, al tiempo que mejora el rendimiento de los vehículos de gasolina tradicionales al reducir el peso total.

3. Equipamiento deportivo

La fibra de carbono también encuentra amplias aplicaciones en la fabricación de equipamiento deportivo de alta gama, como bicicletas, raquetas de tenis y palos de golf. La resistencia combinada con las propiedades de ligereza han convertido a la fibra de carbono en el material definitivo para los deportistas que requieren velocidad y precisión.

4. Dispositivos médicos

En el sector sanitario, la fibra de carbono se utiliza para fabricar prótesis, equipos médicos y equipos de diagnóstico por imagen. Esto se debe a que es ligera, lo que resulta cómodo para los pacientes. Además, es radiotransparente.

5. Electrónica de consumo

La fibra de carbono encuentra cada vez más aplicaciones en la electrónica de consumo, como teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles, etc. La dureza y ligereza de la fibra de carbono proporcionan la dureza y portabilidad necesarias.

Fibra de carbono y otros materiales

Cuando la fibra de carbono se considera junto a otros materiales tradicionales como el acero, el aluminio y los plásticos, es evidente que tiene algunas ventajas. He aquí una comparación de la fibra de carbono con algunos de los otros materiales de uso común:

- Fibra de carbono frente a acero: La fibra de carbono es más resistente que el acero basado en el peso, y es más adecuado para usar cuando se necesita tener fuerza sin tener peso adicional. El acero, sin embargo, es más económico y factible de producir a gran escala. Aunque la fibra de carbono rinde mejor, es más cara de producir y requiere procesos de fabricación más complejos.

- Fibra de carbono frente a aluminio: Aunque es más ligero que el acero, no iguala a la fibra de carbono en la relación resistencia-peso. Además, es más propenso a la corrosión que la fibra de carbono. Aunque su coste es inferior, la fibra de carbono presume de una mayor durabilidad y resistencia al desgaste.

- Fibra de carbono frente a plástico: Los plásticos son baratos y ligeros, pero son mucho menos resistentes y duraderos que la fibra de carbono. Los compuestos de fibra de carbono son mucho más rígidos, y su resistencia a la temperatura y la corrosión amplía sus aplicaciones a condiciones más exigentes. Para más información sobre materiales avanzados y sus aplicaciones, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Preguntas frecuentes

1. ¿Por qué es tan cara la fibra de carbono?
   La fibra de carbono es cara debido al complejo y energético proceso de fabricación. Las materias primas utilizadas para fabricar fibra de carbono son costosas y el proceso de producción requiere una gran precisión, lo que contribuye a su coste total.
2. ¿Se puede reciclar la fibra de carbono?
   Sí, la fibra de carbono puede reciclarse, pero el proceso aún está evolucionando. Los investigadores están trabajando en el desarrollo de métodos más eficientes para descomponer y reutilizar los materiales de fibra de carbono, lo que podría ayudar a reducir los costes y el impacto medioambiental.
3. ¿Es la fibra de carbono más resistente que el acero?
   En términos de relación resistencia-peso, la fibra de carbono es más resistente que el acero. Sin embargo, el acero es más duradero y rinde mejor en determinadas condiciones, sobre todo en términos de dureza y resistencia al impacto.
4. ¿Cuánto dura la fibra de carbono?
   La fibra de carbono es increíblemente duradera y puede durar décadas si se mantiene adecuadamente. Es resistente a la corrosión, lo que ayuda a prolongar su vida útil en entornos difíciles.
5. ¿Cuál es el impacto medioambiental de la producción de fibra de carbono?
   La producción de fibra de carbono implica un elevado consumo de energía y puede generar emisiones de carbono. Sin embargo, se están haciendo esfuerzos para que el proceso de producción sea más sostenible, incluyendo iniciativas de reciclaje y técnicas de fabricación mejoradas.