Este documento describe las propiedades de la fibra de carbono. Discute que tiene un alto módulo de elasticidad de hasta 500 gigapascales, lo que la hace más rígida que materiales como el aluminio y el acero. También explica que la fibra de carbono es muy ligera, resistente a la fatiga mecánica y agentes externos, y se comporta como un aislante térmico, lo que la hace ideal para uso en dispositivos electrónicos portátiles.

1. Gisela Esther Llusco Gutiérrez
FISS1102_B
Universidad Técnica de Oruro FNI

2.  Actualmente la fibra de carbono es un material muy
apreciado en las industrias espacial, aeronáutica y
automovilística debido a sus sorprendentes
propiedades mecánicas y su ligereza. También se usa
para fabricar el casco de algunos barcos, el cuadro de
algunas bicicletas de competición y las palas de
algunos aerogeneradores. Incluso podemos encontrarla
en el chasis y la caja de algunos ordenadores portátiles
y smartphones. No cabe duda de que es un material
muy especial capacitado para cambiar las reglas del
juego en muchas industrias.

3.  No hay un único tipo de fibra de carbono. Y tampoco toda
ella tiene la misma calidad ni las mismas propiedades
mecánicas. Hay fibras de carbono de ultra alto módulo
(UHM) que tienen un módulo de elasticidad superior a los
500 GPa (gigapascales). El módulo de Young, o de
elasticidad longitudinal, es un parámetro que describe
cómo se deforma un material en función de la dirección
en la que se le aplica una fuerza. La deformación es un
parámetro adimensional, lo que provoca que en el
Sistema Internacional el módulo de Young se mida
utilizando las unidades que nos permiten cuantificar la
tensión a la que es sometido el material, que son N/m2 o
Pascales (Pa).
En este artículo
trataremos sobre la
resistencia y ligereza de
un material muy
interesante que es la
fibra de carbono.

4.  El poliacrilonitrilo es un polímero que se emplea
habitualmente para fabricar las fibras sintéticas de
muchas de las prendas que utilizamos cada día
El objeto cilíndrico de mayor
tamaño es un cabello
humano. Tiene un diámetro
de 50 μm. Sin embargo, la
hebra de fibra de carbono
que está apoyada sobre él
tiene un diámetro de solo 6
μm

5.  Un apunte breve para no dejar cabos sueltos. Un
polímero es una cadena de moléculas de gran tamaño
que puede tener un origen natural, como el almidón o
la celulosa, o bien sintético, como el nailon o el
polietileno. La fibra de carbono es un polímero
sintético suele producirse a partir de este polímero,
pero lo realmente interesante es que los finísimos
filamentos que la forman están compuestos casi en su
totalidad por átomos de carbono, lo que provoca que
su estructura atómica no sea muy diferente de la que
tienen el grafito y el grafeno.

6.  La fabricación de la fibra de carbono a partir de
poliacrilonitrilo requiere un proceso químico complejo en
el que no es necesario que profundicemos, pero es
interesante que sepamos que es necesario calentar el
polímero original varias veces. Además, cada una de
estas iteraciones se lleva a cabo a una temperatura más
alta. A medida que se somete al poliacrilonitrilo a
temperaturas más y más altas se va alterando su
estructura atómica, de manera que después de expulsar
los átomos de hidrógeno primero y los de nitrógeno
después, el polímero queda conformado casi
exclusivamente por carbono.

7.  MODULO ELASTICO O DE ELASTICIDAD.
 A la constante de proporcionalidad, podemos escribir
la ley de Hooke en su forma general.
Modulo elástico=esfuerzo/deformación
Para el caso de Deformación por tracción o compresión
longitudinal
El esfuerzo es:
S=F/A, la deformación unitaria es δ=∆L/L
El módulo elástico es conocido como el MODULO DE
YOUNG.
γ=(F/A)/(∆L/L)=S/δ N/m2
En el caso de la fibra de
carbono podremos ver
que este material cumple
con los requisitos para
ser confiable, por lo
consiguiente:

8.  No hay un único tipo de fibra de carbono. Y tampoco
toda ella tiene la misma calidad ni las mismas
propiedades mecánicas. Hay fibras de carbono de ultra
alto módulo (UHM) que tienen un módulo de elasticidad
superior a los 500 GPa (gigapascales). El módulo de
Young, o de elasticidad longitudinal, es un parámetro
que describe cómo se deforma un material en función de
la dirección en la que se le aplica una fuerza. La
deformación es un parámetro adimensional, lo que
provoca que en el Sistema Internacional el módulo de
Young se mida utilizando las unidades que nos permiten
cuantificar la tensión a la que es sometido el material,
que son N/m2 o Pascales (Pa).

9.  Algunas fibras de carbono tienen un módulo de
elasticidad de 500 GPa, una cifra muy alta que refleja
su gran rigidez y resistencia
 La fibra de carbono de la que hemos hablado en el
párrafo anterior, la de tipo UHM, tiene un módulo de
elasticidad de 500 GPa, que es un valor muy alto.
Como no es fácil intuir si lo contemplamos de forma
aislada si este es realmente un número elevado lo
ideal es que lo comparemos con el valor que tienen
otros materiales con los que todos estamos
familiarizados. El aluminio tiene un módulo de
elasticidad de 71 GPa, el latón de 106 GPa y el acero
común de 207 GPa. Esto significa, sencillamente, que
para deformar en una dirección dada un elemento de
fibra de carbono tendremos que aplicarle una tensión
muy superior a la que tendríamos que utilizar con el
aluminio, el latón, o, incluso, el acero.

10.  La fibra de carbono tiene una elevada resistencia
mecánica a la fatiga, es muy ligera, apenas le afectan
las variaciones de temperatura, se comporta como un
aislante térmico y resiste agentes externos como la
humedad o la corrosión
 Todo lo que hemos visto hasta ahora nos permite
intuir sin ningún esfuerzo lo atractiva que es la fibra
de carbono como material utilizado en la producción
de chasis y recintos para algunos de los dispositivos
electrónicos que usamos todos los días. Especialmente
en aquellos aparatos que nos acompañan cuando
vamos de un lugar a otro, y que, por tanto, están
expuestos a múltiples agresiones, como arañazos,
golpes o caídas fortuitos.
Fibra de carbono:
perfecta para
smartphones,
portátiles y otros
dispositivos

12. REFERENCIA
• https://www.xataka.com/investigacion/fibra-carbono-que-que-atractiva-para-electronica-
consumo-como-para-aeronautica-automocion
• Elasticidad - Hugo medina guzman