Tipos principales de fibra utilizados en compuestos de alto-rendimiento
1. Fibra de Vidrio (Fibra de Vidrio)
Hay muchas variedades diferentes de fibra de vidrio, pero en el caso de los compuestos, dos son las más comunes. La fibra de vidrio E-es el tipo estándar en casi todos los productos reforzados con fibra de vidrio-, mientras que la fibra de vidrio S-(también conocida como fibra de vidrio R-o T-) tiene una resistencia a la tracción significativamente mejor. La fibra de vidrio S- suele ser más pequeña que la fibra de vidrio E-, tiene mejor adhesión en la matriz de resina y se mejora el rendimiento ante el impacto. Pero cuesta mucho más. La fibra de vidrio S-2 es una fibra de vidrio S- comercial-de mayor resistencia, que tiene el doble de resistencia a la tracción que la fibra de vidrio E- típica y también tiene entre un 10 y un 20 % más de rigidez. Pero para casi todas las aplicaciones, la fibra de vidrio E es suficiente.
La fibra de vidrio se fabrica extruyendo productos minerales fundidos (1700 grados) (sílice, aluminio y óxido de calcio, etc.) a través de orificios de pequeño diámetro. Normalmente, las fibras de vidrio E- tienen entre 10 y 25 micrones de diámetro, lo que las hace más grandes que las fibras de carbono.
2. Fibra de carbono
Las fibras de carbono vienen en muchas variedades, con diferentes propiedades mecánicas y costos. La fibra de carbono no se extruye directamente del material fundido, sino que se fabrica mediante tratamiento térmico de la fibra precursora, incluida la pre-oxidación en una atmósfera de aire y la carbonización en una atmósfera inerte. Bajo tensión, la estructura de carbono dentro de la fibra se alinea, ayudando a maximizar la resistencia a la tracción y la rigidez.
El precursor más común utilizado para la fibra de carbono es la fibra de poliacrilonitrilo (PAN). En la actualidad, las fibras de carbono estándar y de módulo medio más comunes se basan en el precursor PAN. El módulo de la fibra de carbono preparada por el sistema precursor de asfalto (brea) suele ser mayor. Una sola fibra de carbono suele ser más pequeña que una fibra de vidrio, con sólo 5 micrones de diámetro. La fibra de carbono de módulo a menudo se clasifica en módulo estándar, módulo intermedio (IM), módulo alto (HM) y fibra de carbono de módulo ultra-alto.
Otras fibras de refuerzo especiales en la industria
Más allá del vidrio y el carbono tradicionales, las aplicaciones especializadas requieren arquitecturas de fibra únicas:
- Fibra de aramida Kevlar:Una fibra de aramida sintética desarrollada por DuPont. Otras fibras de aramida comerciales incluyen Twaron, Technora y Nomex. Como fibra de refuerzo para materiales compuestos, la fibra de aramida se utiliza principalmente para aplicaciones con alta resistencia a la tracción y resistencia a la perforación, el desgaste y la rotura. A menudo se utilizan en combinación con fibra de carbono o fibra de vidrio.
- Fibra de basalto:Fabricado mediante un proceso de fusión y extrusión similar al de la fibra de vidrio. Su resistencia a la tracción y su módulo son ligeramente superiores a los de la fibra de vidrio E-pero inferiores a los de la fibra de carbono. La densidad es similar a la de la fibra de vidrio E-. El precio está entre E-fibra de vidrio y fibra de carbono.
- Polietileno de peso molecular ultra-alto:Tanto Dyneema como Spectra son fibras hechas de filamento extruido de polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE) o polietileno de alto módulo (HMPE). El UHMWPE es resistente, duradero y frecuentemente se mezcla con fibras de carbono para mejorar la dureza del compuesto y la absorción de energía de impacto.
- Polipropileno de alto peso molecular:Innegra es una fibra fabricada a partir de polipropileno de alto peso molecular (HMPP). Si bien no es tan fuerte como Kevlar o Dyneema, Innegra es duro y resistente a impactos y roturas a un costo menor.
- Fibras vegetales:Las fibras de refuerzo estructural más antiguas son las fibras de madera y vegetales (como el lino y el yute). Si bien ofrecen beneficios ecológicos, las fibras vegetales luchan con la absorción de humedad y exhiben un rango más amplio de inconsistencia mecánica en comparación con el vidrio E-diseñado.
- Fibras cerámicas:Se utiliza en compuestos de matriz cerámica (CMC) para una resistencia a temperaturas extremadamente altas-. Las fibras sin -óxido de boro poseen una increíble resistencia a la compresión, mientras que las fibras de carburo de silicio (SiC) ofrecen una dureza suprema.
Transición de fibras crudas a soluciones estructurales: la diferencia LFT
Simplemente mezclar fibras crudas con plásticos no es suficiente para aplicaciones estructurales-de uso pesado. Los compuestos estándar de fibra corta-utilizan fibras cortadas de menos de 1 mm, que actúan como rellenos de partículas pero no transmiten la tensión mecánica de manera eficiente. Aquí es dondeTermoplásticos de fibra larga (LFT/LFRT)volverse esencial.
Al utilizar tecnología de composición por pultrusión continua, LFT-G®alinea fibras de vidrio E-o fibras de carbono PAN dentro de matrices poliméricas (como PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). En el componente final moldeado por inyección-, estas fibras retienen una longitud de 10 a 12 mm, estableciendo unaRed de esqueleto entrelazado 3D. Este esqueleto interno mejora dramáticamente:
- Resistencia al impacto:Absorbe los golpes mecánicos y previene la propagación de grietas.
- Estabilidad dimensional:Disminuye la contracción del molde y elimina la deformación.
- Capacidades de reemplazo de metales:Reemplaza componentes pesados de aluminio y acero, reduciendo el peso de las piezas hasta en un 50%.
