Como se fabrica la fibra de carbono
Polímeros de fibra de carbono…
En esta guía, aprenda los fundamentos de la fabricación de piezas de fibra de carbono, incluidos los diferentes métodos y cómo puede utilizar la impresión 3D para reducir los costes y ahorrar tiempo.Libro blancoFabricación de piezas de fibra de carbono con moldes impresos en 3DDescargue este libro blanco para obtener directrices de diseño de moldes de materiales compuestos y guías paso a paso sobre los métodos de preimpregnado y laminado manual para crear piezas de fibra de carbono.Descargue el libro blancoMateriales compuestos 101Un material compuesto es una combinación de dos o más componentes con características diferentes a las de esos componentes individuales por sí mismos. Normalmente se mejoran las propiedades de ingeniería, como el aumento de la resistencia, la eficiencia o la durabilidad. Los materiales compuestos están formados por un refuerzo -fibra o partícula- unido a una matriz (polímero, metal o cerámica).
Los polímeros reforzados con fibra (FRP) dominan el mercado y han impulsado el crecimiento de nuevas aplicaciones en diversas industrias. Entre ellos, la fibra de carbono es un compuesto muy utilizado, sobre todo en aviones, coches de carreras y bicicletas, ya que es más de tres veces más fuerte y rígido que el aluminio, pero un 40% más ligero. Está formado por fibra de carbono reforzada unida a una resina epoxi.
Fibra de vidrio
También llamada fibra de grafito o grafito de carbono, la fibra de carbono está formada por hebras muy finas del elemento carbono. Estas fibras tienen una gran resistencia a la tracción y son extremadamente fuertes para su tamaño. De hecho, una forma de fibra de carbono -el nanotubo de carbono- se considera el material más resistente disponible. Las aplicaciones de la fibra de carbono incluyen la construcción, la ingeniería, la industria aeroespacial, los vehículos de alto rendimiento, los equipos deportivos y los instrumentos musicales. En el campo de la energía, la fibra de carbono se utiliza en la producción de palas de molinos de viento, almacenamiento de gas natural y pilas de combustible para el transporte. En la industria aeronáutica, tiene aplicaciones en aviones militares y comerciales, así como en vehículos aéreos no tripulados. En la exploración petrolífera, se utiliza en la fabricación de plataformas y tuberías de perforación en aguas profundas.
La fibra de carbono está hecha de polímeros orgánicos, que consisten en largas cadenas de moléculas unidas por átomos de carbono. La mayoría de las fibras de carbono (alrededor del 90%) se fabrican a partir del proceso de poliacrilonitrilo (PAN). Una pequeña cantidad (alrededor del 10%) se fabrica a partir de rayón o del proceso de brea de petróleo.
La fibra de carbono en la automoción…
La materia prima utilizada para fabricar la fibra de carbono se llama precursor. Aproximadamente el 90% de las fibras de carbono que se producen están hechas de poliacrilonitrilo (PAN). El 10% restante se fabrica con rayón o brea de petróleo. Todos estos materiales son polímeros orgánicos, caracterizados por largas cadenas de moléculas unidas por átomos de carbono. La composición exacta de cada precursor varía de una empresa a otra y suele considerarse un secreto comercial.
Durante el proceso de fabricación, se utilizan diversos gases y líquidos. Algunos de estos materiales están diseñados para reaccionar con la fibra y conseguir un efecto específico. Otros materiales están diseñados para no reaccionar o para evitar ciertas reacciones con la fibra. Al igual que ocurre con los precursores, las composiciones exactas de muchos de estos materiales de proceso están patentadas.
El proceso de fabricación de fibras de carbono es en parte químico y en parte mecánico. El precursor se extrae en forma de hebras o fibras largas y luego se calienta a una temperatura muy alta sin permitir que entre en contacto con el oxígeno. Sin oxígeno, la fibra no puede arder. En cambio, la alta temperatura hace que los átomos de la fibra vibren violentamente hasta que la mayoría de los átomos que no son de carbono son expulsados. Este proceso se denomina carbonización y deja una fibra compuesta por largas cadenas de átomos de carbono fuertemente entrelazadas en las que sólo quedan unos pocos átomos sin carbono.
Equipos de fabricación de fibra de carbono
Existen varios modos de proceso de fabricación de polímeros reforzados con fibra de carbono, que dependen del producto final que se vaya a crear, del acabado (brillo exterior) que se requiera y de cuántos productos concretos se vayan a fabricar. La elección de la matriz puede tener un efecto profundo en las propiedades del producto final.
El moldeo es un proceso que consiste en estratificar láminas de tejido de fibra de carbono en un molde con la forma del producto final. La elección de la alineación y el tejido de las fibras de la tela condiciona las propiedades de resistencia y rigidez del material resultante. La pieza resultante es muy resistente a la corrosión, rígida y fuerte para su peso.
Para piezas sencillas o si sólo se necesitan pocas copias se puede utilizar una bolsa de vacío. se cubre un molde de fibra de carbono o aluminio con un agente desmoldante, luego se aplica el tejido y la resina, y se tira del vacío y se aparta para permitir que la pieza se cure (endurezca). La resina puede aplicarse al tejido antes de colocarlo en el molde y meterlo en la bolsa o con un sistema de inducción de resina, en el que el vacío tira de la resina en la bolsa a través de un pequeño tubo sobre el tejido seco en el molde. El tercer método de colocación en seco utiliza el material de fibra de carbono ya impregnado de resina (preimpregnado) colocado en el molde sobre una película adhesiva. El método de colocación en seco tiene la menor cantidad de residuos de resina y puede lograr construcciones más ligeras que la colocación en húmedo.