¿Qué material es mejor, fibra de carbono, fibra de vidrio o aramida?
Se pueden ver diferencias significativas en las tres fibras cuando se comparan las densidades de los tres materiales. Si hace 3 muestras del mismo tamaño y peso, rápidamente se hace evidente que la fibra de Kevlar® es mucho más liviana, seguida de la fibra de carbono y la fibra de vidrio E es la más pesada.
Por lo tanto, para el mismo peso de material compuesto, la fibra de carbono o el Kevlar® pueden lograr una mayor resistencia. En otras palabras, cualquier estructura que requiera una determinada resistencia hecha con fibra de carbono o compuestos de Kevlar® será más pequeña o más delgada que una estructura hecha con fibra de vidrio.
Cuando se prepararon y probaron las muestras, se encontró que el compuesto de fibra de vidrio era casi el doble de pesado que los laminados de fibra de carbono o Kevlar®. Esto significa que usar Kevlar® o fibra de carbono puede ahorrar mucho peso.
El módulo de Young es una medida de la rigidez de un material elástico y es una forma de describir un material. Se define como la relación entre la tensión uniaxial (en una dirección) y la deformación uniaxial (deformación en la misma dirección). Módulo de Young=tensión/deformación, lo que significa que un material con un módulo de Young alto es más duro que un material con un módulo de Young más bajo.
La fibra de carbono, Kevlar® y la fibra de vidrio varían ampliamente en cuanto a rigidez. La fibra de carbono es aproximadamente el doble de rígida que la fibra de aramida y cinco veces más rígida que la fibra de vidrio. La desventaja de la rigidez superior de la fibra de carbono es que tiende a ser más frágil. Cuando falla, tiende a no mostrar mucha tensión o deformación.
3. Inflamabilidad y degradación térmica
Tanto el Kevlar® como la fibra de carbono son resistentes a altas temperaturas y ninguno tiene un punto de fusión. Ambos materiales se han utilizado en prendas de protección y tejidos ignífugos. La fibra de vidrio eventualmente se derretirá, pero también es muy resistente a las altas temperaturas. Por supuesto, el uso de fibra de vidrio esmerilada en los edificios también mejora la resistencia al fuego.
La fibra de carbono y el Kevlar® se utilizan para fabricar mantas o prendas protectoras para combatir incendios o soldar. Los guantes de Kevlar se usan comúnmente en la industria cárnica para proteger las manos cuando se usan cuchillos. Dado que las fibras rara vez se usan solas, la resistencia al calor de la matriz (generalmente epoxi) también es importante. Las resinas epoxi se ablandan rápidamente cuando se exponen al calor.
4. Conductividad
La fibra de carbono conduce la electricidad, pero el Kevlar® y la fibra de vidrio no. Kevlar® se utiliza para cables de sujeción en torres de transmisión. Aunque no conduce electricidad, absorbe agua, y el agua conduce electricidad. Por lo tanto, en tales aplicaciones, se debe aplicar una capa impermeable sobre Kevlar.
Debido a que la fibra de carbono conduce la electricidad, la corrosión galvánica se convierte en un problema cuando entra en contacto con otras partes metálicas.
5. Degradación UV
Las fibras de aramida se degradarán con la luz solar y los entornos con mucha radiación ultravioleta. Las fibras de carbono o de vidrio no son muy sensibles a la radiación UV. Sin embargo, algunos sustratos de uso común, como la resina epoxi, se vuelven blanquecinos y pierden resistencia si se dejan expuestos a la luz solar. Las resinas de poliéster y viniléster son más resistentes a los rayos UV pero más débiles que las resinas epoxi.
6. Antifatiga
Si una pieza se dobla y se endereza repetidamente, eventualmente fallará debido a la fatiga. La fibra de carbono es algo sensible a la fatiga y tiende a fallar catastróficamente, mientras que Kevlar® es más resistente a la fatiga. La fibra de vidrio está en algún punto intermedio.
7. Resistencia al desgaste
Kevlar® es muy resistente a la abrasión, lo que dificulta su corte. Uno de los usos comunes de Kevlar® es como guantes protectores en áreas donde las manos pueden cortarse con vidrio o donde se usan cuchillas afiladas. La fibra de carbono y la fibra de vidrio son menos resistentes.
8. Resistencia química
Las fibras de aramida son sensibles a los ácidos fuertes, las bases fuertes y ciertos agentes oxidantes como el hipoclorito de sodio, que pueden causar la degradación de la fibra. Los blanqueadores de cloro comunes (como Clorox®) y el peróxido de hidrógeno no se pueden usar con Kevlar®, los blanqueadores de oxígeno (como el perborato de sodio) se pueden usar sin dañar las fibras de aramida.
Las fibras de carbono son muy estables e insensibles a la degradación química. Sin embargo, la matriz epoxi se degradará.
9. Rendimiento de unión de matriz
Para que la fibra de carbono, Kevlar® y el vidrio funcionen de manera óptima, deben mantenerse en su lugar en una matriz, generalmente un epoxi. Por lo tanto, la capacidad de las resinas epoxi para unirse con varias fibras es crítica.
Tanto las fibras de carbono como las de vidrio se adhieren fácilmente al epoxi, pero la unión entre la fibra de aramida y el epoxi no es tan fuerte como se desea y esta adhesión reducida permite que se produzca la penetración del agua. Como resultado, las fibras de aramida tienden a absorber agua, lo que, combinado con una adhesión menos que ideal al epoxi, significa que si la superficie del compuesto de Kevlar® está dañada y puede entrar agua, entonces Kevlar® puede absorber la humedad a lo largo de las fibras, y debilitar el material compuesto.
