El acero se ha utilizado durante mucho tiempo para crear estructuras robustas, duraderas y rígidas. La fibra de carbono es una adición relativamente reciente a los materiales estructurales, pero sus propiedades son impresionantes y únicas. A continuación se desglosan las propiedades de estos dos materiales y algunos ejemplos de industrias que se están pasando a la fibra de carbono.
¿Qué es la fibra de carbono?
La fibra de carbono está compuesta por carbono, un elemento natural, y tiene una gran resistencia a la tracción debido a su estructura cristalina. Se utiliza para fabricar piezas compuestas ligeras y de alta resistencia con la fibra incrustada en una matriz de polímero. La física del carbono lo hace muy fuerte e increíblemente rígido. El módulo de elasticidad (una medida de la resistencia a la deformación de un material) de las fibras de carbono oscila entre 150 y 760 gigapascales (GPa). Este amplio rango se debe a que el proceso de fabricación puede modificarse para adaptar la rigidez y la resistencia. La resistencia a la tracción de la fibra de carbono es una de las más altas de cualquier material disponible. Aunque muchos materiales, incluido el acero, pueden tener una gran rigidez y resistencia a la tracción, las verdaderas ventajas de la fibra de carbono son su relación resistencia-peso y rigidez-peso debido a su baja densidad (alrededor de 1,6 g/ cm3). Esto permite que los materiales de fibra de carbono tengan una gran resistencia a la tracción y al mismo tiempo sean ligeros. Como tal, es un candidato ideal para aplicaciones industriales como:
- Robótica
- Metrología
- Vehículos terrestres
- Coches
- Camiones
- Bicicletas
En muchas de estas aplicaciones, los materiales más pesados consumen más energía, provocan un mayor desgaste con el paso del tiempo y/o hacen que los diseños de alto rendimiento sean difíciles o imposibles.
¿Cómo se compara el acero?
El acero ha sido un material de referencia durante mucho tiempo debido a su alto módulo de elasticidad de alrededor de 200 GPa. Esta rigidez, y su relativa abundancia, lo han convertido en un material omnipresente en la fabricación. Sin embargo, con una densidad de unos 8 g/cm3, su peso puede ser muy exigente para las máquinas que debe reforzar. Es unas 5 veces el peso de los materiales de fibra de carbono que proporcionarían la misma rigidez o mejor.
¿Cuáles son algunas de las aplicaciones más comunes de la fibra de carbono?
La fibra de carbono se puede utilizar para producir una amplia variedad de productos. Cualquier cosa que necesite ser rígida y ligera es un candidato perfecto para los materiales compuestos de fibra de carbono. Son opciones populares para las carcasas de los teléfonos, ya que ofrecen grandes niveles de protección contra los daños. Se utilizan cada vez más en drones y vehículos aéreos no tripulados (UAV), donde el bajo peso contribuye a una estructura más ligera y una mayor carga útil. En la industria del automóvil, los nuevos avances en la tecnología de la fibra de carbono tienen el potencial de reducir el peso del coche casi a la mitad. Además, la fibra de carbono no sufre la expansión térmica del acero o el aluminio. Las mesas de imágenes médicas se benefician de la resistencia y rigidez de la fibra de carbono, manteniendo las dimensiones críticas bajo carga sin romperse con el tiempo, incluso después de altas dosis de rayos X y radiación gamma.
¿Qué tan fácil es cortar la fibra de carbono en comparación con el acero?
La fibra de carbono es más fácil de cortar que el acero. Su bajo peso facilita el manejo y las ruedas rotatorias o las sierras con cuchillas de diamante o de carburo de tungsteno cortan fácilmente el compuesto de fibra de carbono y facilitan la creación de prototipos.