¿Cuál es la dureza de la fibra de carbono?

Las fibras de carbono son tan pequeñas que no hay forma directa de medir la “dureza”, por lo tanto, no encontrará referencias a la dureza. Existen pistas indirectas, ya que los compuestos que incluyen esteras de fibra de carbono o fibra de carbono se cortan fácilmente con herramientas de acero sin efectos abrasivos indebidos. Por supuesto, las fibras podrían romperse bajo tensión de corte con una fractura frágil en lugar de ceder como la mayoría de los metales.

El compuesto de fibra de carbono está compuesto de fibras de carbono extremadamente fuertes unidas por polímeros, como resina, epoxi u otros. Su alta relación resistencia / peso y rigidez hacen que el compuesto de fibra de carbono sea un material ideal para ser aplicado en una variedad de industrias, tales como la industria aeroespacial, automotriz y de ingeniería civil, artículos deportivos y otras aplicaciones técnicas y de consumo.

En resumen:

Las fibras de carbono juegan un papel crítico en la mejora de las propiedades mecánicas y tribológicas en el material compuesto y es difícil medir la dureza de este tipo de materiales debido a sus propiedades mecánicas y tribológicas.

Quizás hay algunos científicos de materiales que leen este foro que podrían agregar o corregir mis comentarios.

Depende de lo que estés buscando.

¿Desea cortar o perforar material compuesto?

No tengo experiencia directa, pero me dijeron que las brocas HSS (acero de alta velocidad) se opacan muy rápidamente.

Las herramientas de carburo funcionan, pero también se vuelven aburridas después de poco uso.

La fibra de carbono es abrasiva, lo que sugiere una dureza bastante alta de las fibras, pero la resina compuesta puede ser blanda. El material compuesto puede trabajarse con herramientas estándar, pero la superficie de corte puede ser rugosa.

Las herramientas abrasivas o incrustadas con diamante funcionan bastante bien, pero la velocidad de alimentación, el calor y el engomado de la herramienta desde la parte de resina del compuesto es un problema.

El control del polvo es esencial ya que el polvo de nanofibras es un grave problema de salud.

Dureza de las fibras de carbono

Hay lugares donde no es apropiado usar la escala de Mohs; La fibra de carbono es uno de estos lugares. Es un error pensar que la escala de dureza de Mohs determina la resistencia de todos los materiales, ya que solo mide la dureza relativa, que es una medida de la capacidad de un material para resistir la abrasión. Muchos objetos muy duros son frágiles y se rompen fácilmente, incluso si son resistentes a los arañazos. Las fibras de carbono se pueden cortar fácilmente con brocas de acero estándar e incluso navajas, pero esto no significa que no sean fuertes. De hecho, la fibra de carbono es tan delgada que la malla puede romperse y no las fibras de carbono en sí. En este caso, existe un efecto de trituración que solo rasga la estructura pero en realidad no rasca la superficie. Además, la fibra de carbono es un complemento para varios materiales químicamente unidos diferentes. Por lo tanto, la dureza de una fibra de carbono particular será diferente de la de otra. Los nanotubos de carbono estarían (si fueran medibles) en el mismo rango que el diamante porque la resistencia de su estructura es comparable.

Escala de Mohs de las Diez Durezas – Es “Mohs”, no “Moh’s!”

Steve John Bull · Universidad de Newcastle

La dureza de una CNT es una propiedad muy mal definida y es difícil saber lo que está midiendo en una prueba. Mientras que la respuesta elástica de un material de carbono puede medirse rutinariamente (incluso por nanoindentación), la dureza generalmente implica que se ha producido una deformación plástica permanente. En metales y cerámica, esto generalmente implica un movimiento de dislocación y en materiales amorfos como el vidrio o el carbono amorfo puede haber formación de banda de corte como se observa en el artículo clásico de Marsh. ¿Cuál es, entonces, la respuesta de sangría de una CNT? Una sola CNT puede ser aplanada elásticamente por una carga transversal aplicada o abrochada por una carga longitudinal y es concebible que pueda romperse, pero esto no es lo que sucede en una prueba, ya que una sola CNT no es lo que se está probando. Por lo general, lo que se prueba es una serie de nanotubos, quizás con alguna otra fase que los une. La respuesta de indentación implica la compresión elástica de los tubos en sí, lo que puede dar como resultado un microbloqueo del tubo que no es reversible; esta es la principal contribución a la dureza y depende del empaque del tubo y las propiedades y la adhesión de cualquier matriz. Dado que la mayoría de los materiales de matriz carbonosa son débiles, se miden bajas durezas para la muestra que contiene CNT y generalmente se observan grados muy altos de recuperación elástica; consulte las publicaciones sobre la respuesta mecánica de los materiales CNx para obtener más información sobre la interpretación de la respuesta de indentación de las películas carbonosas altamente elásticas.
https://www.researchgate.net/pos

Las mejores características del hilo de diamante para aplicaciones de nanofibras

Haifei Zhan, Gang Zhang, Yuantong Gu

Nature Communications 8 , número de artículo: 14863 (2017)

Las fibras de carbono han atraído el interés de las comunidades científicas y de ingeniería debido a sus excelentes propiedades físicas. Aquí informamos que el nanohilo de diamante ultrafino sintetizado recientemente no solo posee una excelente capacidad de deformación torsional, sino también una excelente eficiencia de transferencia de carga interfacial. En comparación con los paquetes de nanotubos de carbono (10,10), el aplanamiento de los nanotubos no se observa en los paquetes de nanohilos de diamante, lo que conduce a un límite elástico de alta torsión que es casi tres veces mayor. Las pruebas de extracción revelan que el haz de nanohilos de diamante tiene una carga de transferencia de interfaz de más del doble que el haz de nanotubos de carbono, que corresponde a un orden de magnitud mayor en términos de resistencia al corte interfacial. Tal alta eficiencia de transferencia de carga se atribuye al fuerte efecto de enclavamiento mecánico en la interfaz. Estas características intrigantes sugieren que el nanohilo de diamante podría ser un excelente candidato para construir fibras de carbono de próxima generación.

http://www.nature.com/articles/n

La fibra de carbono sería difícil de probar por sí sola porque las fibras son microscópicas. Como compuesto, medirá principalmente la dureza de la resina, que variará enormemente según la marca, el tipo y el proceso de curado. El carbono también es anisotrópico, por lo que la dureza puede variar con la orientación de la fibra. Como anécdota, no es muy difícil, aunque no lo he probado personalmente. Puede rayar la resina epoxi fácilmente y el carbono no es resistente a la abrasión.

La fibra en sí tiene una estructura de grafito, por lo que su dureza coincide exactamente con el grafito (en comparación con el grafito pirolítico para obtener los mejores resultados), pero es muy abrasivo. De hecho, es casi tan abrasivo como la alúmina, que es mucho más duro. Esta es una característica curiosa y ha causado cierta especulación sobre lo que podría estar sucediendo. La mejor teoría presentada es que tiende a tener roturas frágiles, dejando un borde afilado para que se vuelva a afilar continuamente a medida que se desgasta. Hay otros materiales que tienen esta característica y tienen propiedades similares donde su carácter abrasivo supera lo que indicaría su dureza intrínseca.