Cuando se trata de fibra de carbono, es posible que ya la hayas escuchado en las noticias - flechas de cohetes, carrocerías de trenes de alta velocidad, drones, carcasas de coches de carreras e incluso raquetas de bádminton de gama alta tienen su presencia. Este material que suena a "tecnología negra", ¿qué es en realidad? Hoy, con palabras sencillas, te llevaremos a conocer a la "estrella del mundo de los materiales".
Fibra de carbono, esencialmente "filamentos de carbono superiores"
En términos simples, la fibra de carbono es una fibra polimérica inorgánica que contiene un 90 % o más de carbono. No es ni metal ni plástico, sino un "cristal de carbono": un filamento negro formado mediante un proceso especial de carbonización de fibras orgánicas (como el poliacrilonitrilo y el alquitrán) a altas temperaturas para eliminar impurezas.
Apariencia: con solo 5-10 micrones de diámetro (aproximadamente 1/10 del grosor de un cabello), a simple vista parece hilo negro de algodón o lana, pero al tacto es más "rígido" que un alambre de hierro.
Características: "Ligero, resistente, durable, estable".
(1) Su resistencia es 7-9 veces mayor que la del acero, y su tenacidad supera con creces la de la fibra de vidrio;
(2) Densidad de solo 1,7 g/cm³, más ligero que el aluminio (densidad del aluminio 2,7 g/cm³)
(3) Resistencia a altas temperaturas (no se funde por encima de 2000 ℃), resistencia a la corrosión (no teme a ácidos ni álcalis), aislante eléctrico (con tratamiento especial puede ser conductor).
Rendimiento "encendido y apagado": ridículamente ligero y sorprendentemente duro
La grandeza de la fibra de carbono está respaldada por tres ventajas clave:
（1）Liviano como una pluma, pero más fuerte que el acero：
La densidad es solo de 1,7-2,0 g/cm³ (1/4 de la del acero, 2/3 de la de la aleación de aluminio), pero la resistencia a la tracción puede alcanzar 3000-7000 MPa (más de 10 veces la del acero), y una cuerda de fibra de carbono del grosor de un dedo puede levantar varios toneladas de automóviles.
（2）Rigidez explosiva, estable como una roca:
El módulo de elasticidad (una medida de rigidez) alcanza 200-600 GPa, casi sin deformación bajo carga; utilizado como soporte de satélite, puede mantener una actitud precisa en el espacio.
（3）Atributos "anti-deformación" completamente activados:
Alta resistencia a temperaturas elevadas (en ambiente inerte puede soportar hasta 2000 ℃), resistencia a ácidos y álcalis (en el océano no se corroe durante décadas), resistencia a la fatiga (fuerza repetida sin romperse fácilmente), ante lo cual los metales tienen que "reconocer su derrota".
¿Por qué la fibra de carbono es un "material estratégico nacional"?
La fibra de carbono es extremadamente difícil de producir, y solo unos pocos países en el mundo pueden fabricarla en masa a nivel alto (principalmente China, Japón y Estados Unidos). No solo es la "piedra angular" de la fabricación de alta gama, sino que también está relacionada con áreas nucleares como la aeroespacial y la seguridad de defensa.
Por ejemplo, en aplicaciones militares, la fibra de carbono puede utilizarse para fabricar la estructura de aviones furtivos (absorción de ondas), el cuerpo de misiles (ligereza para aumentar el alcance); en el campo de las energías renovables, cuanto más larga sea la pala de una turbina eólica, mayor será la eficiencia de generación eléctrica, y solo la fibra de carbono puede soportar palas gigantes de nivel centenarial.
En los últimos años, la industria china de fibra de carbono ha logrado avances rápidos, pasando de depender de las importaciones a alcanzar una producción masiva independiente, e incluso ocupar una posición dominante en el mercado global en algunos sectores (como energía eólica y artículos deportivos).
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¿Cómo se "fabrica" la fibra de carbono?
La grandeza de la fibra de carbono está respaldada por tres ventajas clave:
（1）Preparación del filamento primario
Materias primas como el poliacrilonitrilo (PAN) y alquitrán, pasan por un proceso de hilado para producir "seda cruda" (similar a la fibra química). Este paso es fundamental, ya que la calidad de la seda cruda determina directamente el rendimiento de la fibra de carbono (China estuvo mucho tiempo "atascada" en esta etapa).
（2）Carbonización
La seda cruda se calienta gradualmente hasta 1.000-3.000 grados centígrados en una atmósfera de gas inerte (para evitar la combustión), eliminando elementos como hidrógeno y oxígeno, dejando únicamente moléculas de carbono. Tras este paso, el contenido de carbono en la fibra aumenta del 50 % a más del 90 %, incrementando drásticamente su resistencia y dureza.
（3）Procesamiento posterior
Dependiendo de la aplicación , las fibras de carbono se tejen en tela, se enrollan en tubos o se combinan con resinas, metales, etc., para fabricar "compuestos de fibra de carbono" (como lo que a menudo llamamos "placas de fibra de carbono" y "tubos de fibra de carbono").
【Conocimiento Frío sobre Fibra de Carbono】
P: ¿Por qué es negro?
R: Las estructuras de grafito absorben casi toda la luz visible.
P: ¿Teme al fuego?
R: La oxidación comienza a los 400 °C en el aire, pero la cápsula lo utiliza como escudo térmico.
P: ¿Se puede reciclar?
R: BMW ha logrado reciclar piezas de automóviles a partir de residuos de fibra de carbono.
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