Fibra de Carbono

Definición 

La fibra de carbono es una fibra sintética constituida por finos filamentos de 5–10 μm de diámetro y compuesto principalmente por carbono  Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de carbono. Se trata de una fibra sintética porque se fabrica a partir del poliacrilonitrilo. Tiene propiedades mecánicas similares al acero y es tan ligera como la madera o el plástico. Por su dureza tiene mayor resistencia al impacto que el acero.

Historia

En 1958, Roger Bacon creó fibras de alto rendimiento de carbono en el Centro Técnico de la Union Carbide Parma, ahora GrafTech International Holdings, Inc.

El alto potencial de la fibra de carbono fue aprovechado en 1963 en un proceso desarrollado en el Establecimiento Real de aeronaves en Hampshire, Reino Unido. El proceso fue patentado por el Ministerio de Defensa del Reino Unido y luego autorizada a tres empresas británicas: Rolls-Royce, Morganita y Courtaulds. Estas empresas fueron capaces de establecer instalaciones de producción industrial de fibra de carbono. Rolls-Royce se aprovechó de las propiedades del nuevo material para entrar en el mercado americano con motores para aviones. 

Durante la década de 1970, los trabajos experimentales para encontrar materias primas alternativas llevaron a la introducción de fibras de carbono a partir de una brea de petróleo derivadas de la transformación del petróleo. Estas fibras contenían alrededor de 85% de carbono y tenía una excelente resistencia a la flexión.

Obtención 

La fibra de carbono es un polímero de una cierta forma de grafito. El grafito es una forma de carbono puro. En el grafito los átomos de carbono están dispuestos en grandes láminas de anillos aromáticos hexagonales

La fibra de carbono se fabrica a partir de otro polímero, llamado poliacrilonitrilo, a través de un complicado proceso de calentamiento. Cuando se calienta el poliacrilonitrilo, el calor hace que las unidades repetitivas ciano formen anillos.

Al aumentamos el calor, los átomos de carbono se deshacen de sus hidrógenos y los anillos se vuelven aromáticos. Este polímero constituye una serie de anillos piridínicos fusionados.

Luego se incrementa la temperatura a unos 400-600°C. De este modo, las cadenas adyacentes se unen.

Este calentamiento libera hidrógeno y da un polímero de anillos fusionados en forma de cinta. Incrementando aún más la temperatura de 600 hasta 1300ºC, nuevas cintas se unirán para formar cintas más anchas.

Propiedades y características

Las propiedades principales de este material compuesto son:

·         Muy Elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado.

·         Baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo el acero.

·         Elevado precio de producción.

·         Resistencia a agentes externos.

·         Gran capacidad de aislamiento térmico.

·         Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se utiliza matriz termoestable.

El refuerzo, fibra, es un polímero sintético que requiere un caro y largo proceso de producción. Este proceso se realiza a alta temperatura -entre 1100 y 2500 °C- en atmósfera de hidrógeno durante semanas o incluso meses dependiendo de la calidad que se desee obtener ya que pueden realizarse procesos para mejorar algunas de sus características una vez se ha obtenido la fibra. 

Aplicaciones 

·         Medios de transporte

·         Construcciones

·         Material deportivo

Estructura

Un filamento de carbono de 6 μm de diámetro (desde abajo a la izquierda hasta arriba a la derecha), comparado con un cabello humano.

La densidad de la fibra de carbono es de 1.750 kg/m3. Es conductor eléctrico y de alta conductividad térmica. Al calentarse, un filamento de carbono se hace más grueso y corto.

Su densidad lineal (masa por unidad de longitud, con la unidad * 1 tex = 1 g/1000 m) o por el número de filamentos por yarda, en miles.

La primera generación de fibras de carbono (es decir, T300 y AS4) tenían un diámetro de 7.8 micrómetros. Más tarde, se alcanzaron fibras (IM6) con diámetros que son aproximadamente de 5 micras.

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Fibra Cationica

Definicion

Polímero cationico La invención proporciona un polímero insoluble en agua, capaz de hinchar en agua, que comprende unidades derivadas de un monómero dialílico de sal de amonio cuaternario, reticuladas mediante un compuesto polifuncional de vinilo, apropiado, estando por lo menos una proporción sustancial de los grupos funcionales en forma básica.

Fibra de Celulosa Cationica 

Contiene entre 1 y 30 grupos catiónicos y entre 0,1 y 20 grupos aldehído por 100 unidades de anhidroglucosa es una base adecuada para la producción de productos de papel y el tejido sin la necesidad de utilizar polímeros catiónicos no biodegradables como aditivos de resistencia en húmedo. La fibra celulósico catiónico se puede obtener por oxidación de la fibra para introducir grupos aldehído, seguido de la reacción de una parte de los grupos aldehído con un reactivo que contiene nitrógeno tal como hidrocloruro de hidrazida de betaína. La fibra se combina ventajosamente con un polímero aniónico tal como carboxilo monoaldehıdo-almidón o con ciclodextrina aniónica. 

Polivinilos

Definición 

Introducción Las fibras vinílicas fueron las primeras fibras sintéticas utilizadas en la industria textil. El mas empleado es el cloruro de polivinilo (PVC). El alcohol de polivinilo es un polímero sintético soluble en agua. El poliacetato de vinilo o acetato de polivinilo es un polímero sintético gomoso.

Historia

Descubierto por Renault en el año 1838. Descubrió, accidentalmente, el poli (cloruro de vinilo), por medio de la exposición directa del monómero a la luz del día. Baumann tuvo éxito en 1872, al polimerizar varios haluros de vinilo y fue el primero en obtener algunos de estos. 

Obtención 

OBTENCION CLORURO DE POLIVINILO Encadenamiento de las unidades monómeras no saturadas a de dobles enlaces, obteniendo un polímero con composición centesimal. Setrata una mezcla de coque y cal en el horno, se forma carburo cálcico.

ALCOHOL DE POLIVINILO El PVOH se prepara por alcohólisis (se emplean también los términos menos exactos hidrólisis y saponificación) parcial o total de acetato de polivinilo para eliminar los grupos acetato.

ACETATO DE POLIVINILO Es preparado por polimerización vinílica libre del monómero acetato de vinilo. 

Propiedades

Es un plástico fuerte, con baja cristalinidad, opaco, y es frágil a bajas temperaturas. Es un polímero de bajo costo. Esta categoría se aproxima a la de los elastómeros, aunque estos plásticos no están reticulados; la interacción entre cadenas en ambos es débil. 

Combustión Es resistente al fuego y tiene gran versatilidad

Fusión Punto de fusión es de 115ºC 

Método de identificación por Disolución 

Cloruro de polivinilo rígido: buena resistencia los productos químicos y con gran rigidez * Alcohol de polivinilo: es resistente al aceite, grasas y disolventes * Acetatos polivinilos: son sensibles a los álcalis y ácido acético.

Usos

Se usa en tuberías y conductos, muebles y aislantes. Su uso es para empaques, bolsas y material de recubrimiento en agricultura y construcción. se utiliza recubrimientos industriales, como aglutinante en telas no tejidas de fibra de vidrio, toallas sanitarias , papel de filtro y en acabado textil.

Micro fibra

Definición 

Microfibra Microfibra Historia Composición Es un tipo de fibra sintética muy fina no tejido. Está compuesta mayoritariamente por poliéster (unas cuatro quintas partes) y poliamida. El hilo obtenido es cien veces más fino que el cabello humano, pero sólo la mitad de grueso que la seda. Su diámetro es del orden de 10 micras. Es una fibra con menos de 1 Denier en los filamentos.

Historia 

Los intentos más prometedores se realizaron en Japón en la década de 1960 por el Dr. Miyoshi Okamoto. Okamoto junto con el Dr. Toyohiko Hikota descubrieron amplias aplicaciones industriales, tales como Ultrasuede, también conocido como Alcántara. Una de las primeras microfibras sintéticas con éxito en el mercado fue en la década de 1970. En la industria textil se se dio a conocer por primera vez la microfibra en la década de 1990 en Suecia, y vio el éxito como producto en el resto de Europa. 

Composición

Muchas microfibras son de poliéster, también pueden estar compuestos de poliamida (nylon) u otros polímeros. Las fibras de microfibras son 2 veces más finas que la seda, 3 veces más finas que el algodón y 100 veces más finas que el cabello humano y son capaces de absorber entre 7 y 8 veces su peso en agua (el doble que el algodón). 

Se combinan para crear hilos en una gran variedad de construcciones. La microfibra esta formado por fibras muy pequeñas, finísimas, compuestas generalmente por fibras sintéticas, poliéster- poliamida. Estas pequeñas laminillas tienen un alto poder aislante y atraen la suciedad, las manchas, la humedad y las retienen. 

Usos y Aplicaciones 

Usos Las bayetas o paños de microfibras se utilizan principalmente en aquellos procesos en los que tengamos necesidad de absorber la mancha o el producto desmanchante utilizado. En el mercado se encuentran bayetas de microfibra de poliéster-poliamida y 100% poliéster, estas últimas son las más adecuadas ya que la poliamida puede alterarse con alguno de los productos químicos que utilizamos para el desmanchado. En la actualidad las microfibras están presentes en muchos artículos cotidianos, como por ejemplo: Sofás. Muebles tapizados. Toallas. Albornoces. Manteles. Interiores de automóviles. Ropa deportiva.

Propiedades y Características 

1. Tienen una gran capacidad de absorción (más o menos el doble que el algodón).

2. Poseen una gran capacidad de limpieza.

3. Consumen menos agentes limpiadores.

4. Tienen una gran resistencia a los lavados frecuentes y se pueden lavar a temperaturas de hasta 95º (según marcas).

5. Imitaciones de cuero para la fabricación de abrigos, guantes o tejidos para muebles tapizados.

6. Ropa funcional (por ejemplo ropa de deporte o ropa de lluvia) de poliéster o poliamida con características como permeabilidad de vapor de agua (el sudor vaporea por los poros de tela), rápidamente secante, densidad de viento e hidrofugado.

7. Telas de limpieza de alto rendimiento que consumen menos agentes limpiadores.

8. Telas parecidas a la seda para la fabricación de ropa o ropa de cama.

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Spandex

Definición 

El Spandex es una tela muy usada en la industria de la moda por su capacidad de retener su forma. Puede estirarse hasta 600 veces y volver a su estructura original. Su resistencia y durabilidad son sobresalientes. Además es resistente al lavado en seco. Es confortable y flexible.

El Spandex se mezcla muy bien con otras telas debido a su resistencia y recuperación elástica. Generalmente, mejora las cualidades de la fibra con la que se mezcla. Muchas telas de hecho usan entre un 3% y un 30% de Spandex dependiendo su aplicación. Incluso un contenido mínimo de spandex puede mejorar una fibra.

Obtención

Dos tipos de prepolímeros se hacen reaccionar para producir el polímero de la fibra spandex. Uno de ellos es un macroglicol flexible, mientras que el otro es un diisocianato rígido. El macro-glicol puede ser un poliéster, poliéter, policarbonato, policaprolactona o alguna combinación de estos. Estos son polímeros de cadena larga, que tienen grupos hidroxilo (-OH) en ambos extremos. La característica importante de estas moléculas es que son largas y flexibles. Esta parte de la fibra de spandex es responsable de su característica de estiramiento. El otro prepolímero que se utilice para producir spandex es un diisocianato polimérico. Este es un polímero de cadena más corta, que tiene un grupo isocianato (-NCO) en ambos extremos. La característica principal de esta molécula es su rigidez. En la fibra, esta molécula proporciona fuerza.

Historia 

El elastano o spandex es una fibra sintética muy conocida por su gran elasticidad, inventada en 1959 por el químico Joseph Shivers, quien trabajaba para la compañía DuPont.

La empresa estadounidense DuPont patentó su invención en 1959 y le dio el conocido nombre de marca LYCRA®. La fibra LYCRA® es hoy propiedad de la empresa Invista. No es un tejido sino una de las fibras que componen un tejido. Sus propiedades son de dar elasticidad y mayor calidad que otros elastanos. La fibra LYCRA® es un elastano, pero no todos los elastanos son de marca LYCRA®.

Es un polímero de cadena muy larga, compuesto con un mínimo del 85% de poliuretano segmentado (Spandex); obteniéndose filamentos continuos que pueden ser multifilamento o monofilamento.

Aplicaciones 

El elastano se utiliza conjuntamente con otras fibras para fabricar tejidos óptimos para producir ropa interior, ropa femenina, calcetines. También esta presente en pantis y medias así como en ropa deportiva y en ropa de baño, ya que gracias a sus propiedades elásticas otorga libertad de movimientos a los deportistas que la utilizan.

Generalmente, se combina con fibras de lana, seda y rayón, mejorando la elasticidad y ligereza de la misma. Los vestidos fabricados con fibras de spandex combinadas con otras telas son más confortables y más agradables al tacto. Ajustan mejor, y generalmente se ven mejor.

Características

Características de la fibra de Spandex: elástica, y vuelve a su forma original. Ligera y resistente. Cómoda y flexible. Resiste la abrasión, además del lavado en seco. No se deteriora fácilmente con el uso de detergentes o la sudoración. Permite el teñido fácilmente.

Propiedades Fisicas

La Lycra suele estar mezclada con otras telas, tales como el algodón, el nylon y el polyester para dar a las prendas un nivel adicional de comodidad. Solo se utiliza un pequeño porcentaje de la misma-3 a 10 por ciento, dependiendo de la prenda y su uso. El uso es tan común que la mayoría de las personas tienen una prenda con combinación de Lycra (o elastano) en sus roperos, ya sea un jean, una sudadera o un sweater.

Por ser estructuras de poliuretano pierden tenacidad y regaín no recuperable por encima de los 100°C y, quizás no se recomiende por esto cruzar esa barrera durante los procesos húmedos.

Punto de Fusión

 El giro de los filamentos se efectúa, en particular, a una temperatura de 180.grado. C. a 270.degree. C., preferiblemente a una temperatura de chorro de 190-250.degree. C. los filamentos formados son enfriados, por ejemplo por Temple con el aire. La velocidad de despegue de los filamentos es en particular, dependiendo de su finura (densidad lineal), de 100 m/min a 1000 m/min, preferentemente de 200 m/min a 800 metros por minuto.

En un proceso preferido, el derretimiento de poliuretano, después de la mezcla lubricantes y estabilizadores, es hilar sin más pasos intermedios a una temperatura de 180-250.degree. C. en múltiples extremos a una velocidad de 200-1000 m/min.

Poliuretano

Definición 

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de bases hidroxílicas combinadas con disocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura.

Historia 

Aunque la química de los isocianatos fue estudiada por primera vez por C. A. Wurtz y por A.W. Hoffman en la década de 1840, no fue hasta un siglo después cuando Otto Bayer desarrolló la primera síntesis de un poliuretano en 1937 trabajando en los laboratorios de IG Farben, en Leverkusen (Alemania).

Empleando diisocianato de 1,6-hexametileno y 1,4-butanodiol, con el objeto de conseguir un material competitivo con la poliamida Nailon.

La producción industrial empezó en 1940 con productos como Igamid y Perlon

Formulación y Aplicación

La formulación de los poliuretanos depende mucho de la aplicación final para la cual quieran ser empleados. En general, la reacción de formación del polímero, común en todos ellos, es una policondensación que da lugar a cadenas poliméricas unidas mediante grupos uretano.

Además según la aplicación deseada, los requisitos y las solicitaciones a las que se verá sometido el material final se pueden añadir diferentes moléculas con grupos funcionales de carácter básico y con grupos hidrógeno lábiles (-OH, -NH2, -SH, principalmente) para conferir a la estructura polimérica segmentada.

Re-actividad 

·         Tiempo de crema: 5-15 s. Formación de monómeros y polímeros.

·         Tiempo de hilo: 30-70 s. Estructuración, formación de redes cristalinas.

·         Tiempo de subida: Finalización de la expansión.

·         Tacto libre: 10-50 s. Formación de piel, finalización de la reacción. La superficie del material deja de ser adhesiva.

Propiedades Físicas 

Propiedades	ASTM	Unidades	Clase B-1	Clase B-2	Clase C
Densidad	D-1622	Kg./m3	32	40	48
Resistencia Compresión	D-1621	Kg./cm2	1.7	3.0	3.5
Módulo compresión	D-1621	Kg./cm2	50	65	100
Resist. Tracción	D-1623	Kg./cm2	2.5	4.5	6
Resist. Cizallamiento	C-273	Kg./cm2	1.5	2.5	3
Coef Conductividad	C-177	Kcal/m.hºC	0.015	0.017	0.02
Celdas cerradas	D-1940	%	90/95	90/95	90/95
Absorción de agua	D-2842	g/m2	520	490	450

Propiedades Mecánicas

Resistencia a la tracción entre 3 y 10 (Kp./cm2)

Resistencia a la compresión entre 1,5 y 9 (Kp./cm2)

Resistencia al cizallamiento entre 1 y 5 (Kp./cm2)

Módulo de elasticidad entre 40 y 200 (Kp./cm2)

Aplicaciones 

Esponja de poliuretano flexible.

Los poliuretanos flexibles se emplean, sobre todo, en la fabricación de espumas blandas, de elastómeros y también de pinturas

Materiales sólidos 

Los poliuretanos rígidos no porosos o de alta densidad (500-1200 kg/m³) son usados para elaborar componentes de automóviles, suelas de zapatos, piezas de yates, partes de monopatines o muebles y decorados mediante técnicas inyección.

Existen además poliuretanos monocomponentes, formulados así para su facilidad de aplicación, como por ejemplo los habitualmente usados en la industria de la construcción.

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