Història de la fibra de carboni

Història de la fibra de carboni

Electricitat, bombetes, Edison i bacon

La fibra de carboni es va utilitzar per primera vegada el 1860 per crear un arc entre dues barres de carboni conductores i carregades. L'electricitat era una mica un espectacle de circ aleshores, i la fibra de carboni, com es coneixien, no tenia absolutament res a veure amb oferir les característiques d'alt rendiment que coneixem avui. Tanmateix, la resistència a la calor i la conductivitat elèctrica de les fibres de carboni s'utilitzen en la il·luminació, ajudant així a trobar els blocs de construcció que formen les fibres de carboni mitjançant la "piròlisi". El 1879, Thomas Edison va utilitzar la piròlisi per produir filaments de fibra de carboni, que després es van utilitzar com a elèctrodes dins de la primera bombeta. Aquests filaments, derivats de les impureses del cotó cremat i les fibres de bambú, acaben sent les autèntiques fibres de carboni que condueixen l'electricitat.

No va ser fins al 1958 que el físic Roger Bacon va produir els primers bigotis de fibra de carboni d'alt rendiment mitjançant un procés de piròlisi. En estudiar la fusió del grafit a alta temperatura i pressió, Bacon va descobrir la química darrere de l'estructura hexagonal reforçada amb fibra de carboni. A continuació, aquesta estructura rica en carboni es multiplica, es forma en una làmina i s'enrotlla contínuament al llarg de la fibra. Els bigotis de bacon produeixen les fibres més rígides i fortes que es coneixen al món. Uns anys més tard, Bacon va produir un producte comercial amb un precursor a base de raió. Les possibilitats mecàniques de la fibra de carboni finalment s'estan consolidant. No obstant això, el cost de producció d'aquest descobriment va ser astronòmic. Per estar viu,

Pitch i Pan

Els anys 70 és on les propietats imaginatives de la fibra de carboni es van començar a realitzar en entorns industrials. Leonard Singer va descobrir les fibres de carboni basades en "pitch" estudiant la carbonització de materials basats en petroli i carbó. El betum és una substància semblant al quitrà produïda escalfant petroli (oli) en una substància amb un alt contingut de carboni. Estirant les molècules de to i processant-les a altes temperatures, es disposen en fibres de carboni altament cristal·lines. L'arribada de les fibres de carboni basades en el pas va donar un mòdul (rigidesa) ultra alt i una alta conductivitat tèrmica, tot això necessari per a aplicacions exposades a altes temperatures a l'interior dels avions. Encara que són molt costoses de processar, les fibres de carboni basades en el to de Singer s'utilitzen en aplicacions d'alta temperatura.

Mentrestant, el científic japonès Akio Shindo va ampliar la investigació sobre fibra de carboni al Japó utilitzant una forma d'alta puresa de poliacrilonitril (PAN) a base de petroli. PAN, el precursor de fibra de carboni més comú avui en dia, produeix alts nivells de cristal·linitat dins de la fibra, però és més resistent que mai vist en fibres de carboni basades en breu o raió. El procés precursor PAN de Shindo també és més rendible per produir fibres de carboni d'alta qualitat que les fibres a base de breu o raió.

entrar al corrent principal

Durant les dècades de 1980 i 1990, ara es reconeix clarament una perspectiva global sobre les aplicacions aeroespacials i d'aviació, des del govern fins als clients comercials. Això ha provocat un creixement exponencial de les opcions de fibra de carboni per a aquestes indústries. Això es deu al fet que una reducció substancial del pes de l'avió resulta en un major rendiment i eficiència de combustible de l'avió i fins i tot dels components del motor. Els enginyers van començar a treballar en conceptes més lleugers, forts i ràpids. Ara s'estan dissenyant peces de recanvi, utilitzant material de fibra de carboni, per substituir peces fetes d'aliatges a base d'acer i alumini. Tanmateix, la fibra de carboni és un material difícil de mecanitzar en comparació amb els mètodes de mecanitzat subtractius abans coneguts per a la fabricació de metalls. Amb el temps dedicat a aprendre i entendre els mètodes de fabricació de fibra de carboni, el nombre de peces metàl·liques va disminuir i es va fer menys freqüent en tots els avions de disseny recent. A mesura que avancen els mètodes de fabricació, també ho fa la producció de les mateixes fibres. Tot això ha provocat un auge d'aquesta forma d'or negre, impulsant una major demanda.

A causa de les seves propietats de fabricació i processament millorades, ara la fibra de carboni s'utilitza àmpliament en camps industrials a tot el món. Un augment constant del contingut de carboni més alt, alguns que superen el 90 per cent de carboni, comparteix els avantatges d'una major resistència alhora que és més rendible per al mercat. A causa de les millores en l'enginyeria i el control de processos, el factor de cost de la fibra de carboni ha baixat significativament. L'ús de la fibra de carboni ha anat més enllà de les aplicacions aeroespacials i ara és una solució viable per a una gamma creixent d'indústries, com ara esports de motor, nàutica, articles esportius, construcció i fins i tot mobles. Fa cinquanta anys, ningú pensava tenir un escriptori de fibra de carboni. Fins i tot produir tanta fibra de carboni bruta costaria milions de dòlars. Avui en dia, l'aplicació de la fibra de carboni només es limita a la nostra imaginació humana.