En la familia de materiales compuestos, los materiales reforzados con fibra siempre han sido el centro de atención. Desde la llegada de la fibra de vidrio combinada con resina orgánica, se han desarrollado con éxito materiales compuestos reforzados con fibra de carbono, fibra cerámica y fibra de boro y su rendimiento se ha mejorado continuamente, lo que hace que el campo de los materiales compuestos muestre una gran vitalidad. Echemos un vistazo al exclusivo material compuesto de fibra de carbono.
La fibra de carbono es una fibra especial compuesta principalmente por elementos de carbono. Su contenido de carbono varía según los distintos tipos, generalmente por encima del 90%. La fibra de carbono tiene las características de los materiales de carbono ordinarios, como resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, conductividad térmica, resistencia a la corrosión, etc. Pero a diferencia de los materiales de carbono ordinarios, su apariencia es obviamente anisotrópica y suave, y puede procesarse en varios tejidos y exhibir una alta resistencia a lo largo del eje de la fibra. La fibra de carbono tiene un peso específico bajo, por lo que su resistencia específica es alta.
La fibra de carbono está hecha de fibra química sintética con un alto contenido de carbono que no se funde durante el tratamiento térmico y se produce mediante un tratamiento de oxidación térmica estable, un tratamiento de carbonización y un tratamiento de grafitización.
El objetivo principal de la fibra de carbono es combinarla con resina, metal, cerámica y otras matrices para formar materiales estructurales. Los indicadores integrales, como la resistencia específica y el módulo específico de los materiales compuestos de resina epoxi reforzada con fibra de carbono, son los más altos entre los materiales estructurales existentes. Los materiales compuestos de fibra de carbono tienen ventajas en áreas con requisitos estrictos de densidad, rigidez, peso, propiedades de fatiga, etc., así como en situaciones donde se requieren altas temperaturas y alta estabilidad química.
La fibra de carbono se produjo a principios de la década de 1950 para satisfacer las necesidades de tecnologías avanzadas como las de cohetes, la aeroespacial y la aviación. Ahora se utiliza ampliamente en equipos deportivos, textiles, maquinaria química, medicina y otros campos. Dado que la tecnología de vanguardia exige requisitos de rendimiento técnico cada vez más estrictos para los nuevos materiales, los trabajadores científicos y tecnológicos se esfuerzan constantemente por mejorarlos. A principios de la década de 1980, aparecieron una tras otra fibras de carbono de alto rendimiento y ultraalto rendimiento, lo que supuso otro salto tecnológico y también marcó la entrada a una etapa avanzada de investigación y producción de fibra de carbono.
Los materiales compuestos de fibra de carbono/resina epoxi se han convertido en materiales aeroespaciales avanzados debido a su pequeña gravedad específica, buena rigidez y alta resistencia. Porque por cada kg que se reduce el peso del transbordador espacial, el vehículo de lanzamiento se puede reducir en 500 kg. Por lo tanto, en la industria aeroespacial se utilizan materiales compuestos avanzados. Hay un avión de combate de despegue y aterrizaje vertical que utiliza materiales compuestos de fibra de carbono que representan 1/4 del peso de todo el avión y 1/3 del peso de las alas. Se informa que los componentes clave de los tres tubos de propulsión de cohetes y de lanzamiento avanzado de misiles MX del transbordador espacial estadounidense están hechos de materiales compuestos avanzados de fibra de carbono.