Proyecto en Tecnología de materiales
Fabricación de Fibra de carbono
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UNIVERSIDAD EUROPEA
ESCUELA POLITÉCNICA
ÁREA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Autor:
Fernando Martín Ávila
ÍNDICE
Introducción a los materiales compuestos
Definición
Origen y evolución
Constitución y características
La fibra de carbono: Proceso de fabricación
Estructura y propiedades
Clasificación
Introducción al proceso de fabricación
Procesos empleados
En profundidad: Pre-preg
Bibliografía
introducción a los Materiales compuestos
Definición
Podemos definir los materiales compuestos como materiales con una o más fases discontinuas unidas por una fase continua.
La fase discontinua aquella compuesta por los materiales de refuerzo (fibras), que son los que tienen la responsabilidad estructural. La fase continua está generalmente compuesta por resinas.
Origen y evolución
El origen de los Materiales Compuestos "Composites", se remonta a miles de años atrás con la fabricación de "Ladrillos Reforzados". En la Edad Media se construían laminados metálicos compuestos, cientos de años atrás, las construcciones rurales se fabricaban con barro y caña (adobe). Ya en el siglo pasado se desarrolló el hormigón armado.
En los años 20, los tejidos de los entelados de las superficies sustentadoras de aviones se reforzaban con barnices celulósicos que tensaban las telas de las alas de los aeromodelos. En los años 30, aparecen los materiales fenólicos reforzados con tejidos, con los que se construían engranajes (resistentes a altas temperaturas). En los años 40, aparecen los primeros poliésteres reforzados con fibras de vidrio. En los años 50 la investigación sobre el desarrollo de estos nuevos materiales continuó siendo prolífica, y en los años 60 aparecen las fibras de boro y en los años 70 el kevlar.
En la década de los 90, los aviones militares fueron los primeros en desarrollar y aprovecharse de las ventajas de estos materiales, aunque comenzaron a utilizarse de forma experimental en aviones de transporte y carga. En esos años se usaba fibra continua de carbono-grafito termoestable en estructuras secundarias. En la actualidad se usa en estructuras primarias como el ala, fuselaje y estabilizador tanto termoestable como termoplástico.
Constitución y características
Como se ha indicado anteriormente, un material compuesto está formado fundamentalmente por:
- Fase continua (resina).
- Fase discontinua, más resistente (generalmente fibras).
Los materiales compuestos son materiales heterogéneos constituidos por una matriz plástica orgánica (fibrosa) asociada con un refuerzo fibroso, por lo general de carbono o vidrio, que puede presentarse en forma de partículas, fibras cortas, largas o continuas. Pueden ser termoestables o termoplásticos.
Según las características de la matriz y los refuerzos, se distinguen dos grandes familias: los composites de gran difusión que ocupan una cuota importante de mercado, y los composites de altas prestaciones. Estos últimos, generalmente reforzados con fibras continuas de carbono o de aramida, están reservados a sectores de gran valor agregado.
Como acabamos de decir, es notable el aumento del uso de materiales compuestos avanzados en la fabricación de elementos estructurales en los últimos años. Así pues, los materiales tradicionales como el acero, la madera o el aluminio van cediendo ciertas aplicaciones a materiales compuestos avanzados, llamados "composites" con los que se consiguen mejores propiedades específicas. En particular, los materiales compuestos de matriz polimérica, como por ejemplo los polímeros reforzados en fibra de vidrio o en fibra de carbono presentan unas excelentes relaciones rigidez/peso y resistencia/peso que los hacen idóneos para los sectores con solicitaciones de compromiso: mecánica de competición, aeronáutica, medicina…
Las características especiales que tiene el proceso de diseño estructural de piezas en materiales compuestos es un valor adicional que ha limitado su generalización. El diseño de un nuevo elemento de material compuesto no sólo pasa por idear la geometría del elemento, también requiere diseñar la configuración del propio material. Tradicionalmente se realizaba esta tarea con métodos basados en parte en datos empíricos dado que el conocimiento teórico del comportamiento de este tipo de materiales era reducido. Sin embargo, dado que las posibilidades de obtener distintos composites son prácticamente ilimitadas, la caracterización con ensayos sobre el propio material es muy costosa y difícilmente generalizable o extrapolable a otras configuraciones. El uso de modelos matemáticos para predecir su comportamiento y la simulación de estos mediante métodos numéricos parece ser el buen camino para lograr avanzar en este conocimiento y parece el paso necesario para conseguir herramientas de ayuda en este complicado proceso de diseño y optimización del material.
Ventajas e inconvenientes
Podemos citar de forma general las siguientes ventajas de los materiales compuestos:
- Gran resistencia y rigidez del material
- Baja densidad (poca masa por unidad de volumen)
- Posibilidad de fabricar piezas complejas
- Economía de fabricación
- Buenos amortiguadores de vibraciones
- Propiedades químicas: es un anticorrosivo excelente a los agentes atmosféricos y ofrece una alta resistencia frente a ácidos, álcalis y algunos disolventes inflamables
- Acabados diversos
- Auto extinguibles, altamente resistente al fuego, ya que presentan una baja inflamabilidad
- Propiedades térmicas: es posible diseñar compuestos con bajo coeficiente de conductividad térmica en el caso que se requiera, o insignificante coeficiente de conductividad térmica para ciertas aplicaciones. Son resistentes al choque térmico.
- Propiedades eléctricas y electromagnéticas: pueden obtenerse compuestos con altas o bajas características eléctricas. Los plásticos reforzados con vidrios son excelentes aisladores.
-Características electromagnéticas pueden ser estimables en un cierto rango para las estructuras compuestas. No conducen la electricidad.
- Fatiga: es posible diseñar compuestos donde la fatiga sea despreciable de acuerdo con la aplicación que se desee trabajar. Ciertos compuestos, particularmente aquellos con refuerzos de carbón tienen excelentes características a la fatiga.
Entre las desventajas de estos materiales, citaremos:
- Alto precio de las materias primas.
- Procesos muy manuales. (no repetitivos).
- Poca resistencia al impacto. (golpes).
- Problemas de corrosión galvánica en las uniones con estructuras
adyacentes.
- Altos requerimientos de calidad.
- Ambientes muy controlados (ausencia de suciedad, contaminación, etc).
- Alto número de rechazos.
- Fabricación unitaria.
- Condiciones muy especiales en su manipulación.
- En su diseño se necesitan datos precisos y es un proceso más complejo que diseñar con materiales tradicionales.
- Dificultad en la elección de los materiales al existir una gran variedad.
Figura 1. Comparación de diferentes materiales compuestos
Figura 2. Sectores de aplicación de los materiales compuestos (en %)
LA FIBRA DE CARBONO: PROCESO DE FABRICACIÓN
Estructura y propiedades
La Fibra de Carbono es un material compuesto formado por fibras de 50-10 micras de diámetro, formado esencialmente de átomos de carbono. Los átomos de carbono están unidos entre sí en cristales alineados en paralelo al eje longitudinal de la fibra. La alineación de cristal da a la fibra de alta resistencia en función del volumen. Varios miles de fibras de carbono están trenzados para formar un hilo, que puede ser utilizado por sí mismo, o tejido en una tela.
Las propiedades de las fibras de carbono, tales como una alta flexibilidad, alta resistencia, bajo peso, tolerancia a altas temperaturas y baja expansión térmica, las hacen muy populares en la industria aeroespacial, ingeniería civil, aplicaciones militares, mecánica de competición, junto con muchas otras aplicaciones.
Cada hilo de filamento de carbono es un conjunto de muchos miles de filamentos de carbono. Uno de estos filamentos es un tubo delgado con un diámetro de 5.8 micrómetros y se compone casi exclusivamente de carbono.
Dependiendo del precursor para hacer la fibra, la fibra de carbono puede ser turbostrática o grafítica, o tienen una estructura híbrida con las partes presentes tanto en grafíticas y turbostráticas. En fibra de carbono turbostráticas las láminas de átomos de carbono se apilan al azar o en forma irregular. Las fibras de carbono derivadas del poliacrilonitrilo (PAN) son turbostráticas, mientras que las fibras de carbono derivadas de la brea de mesofase son grafíticas después del tratamiento térmico a temperaturas superiores a 2.200°C. Las fibras de carbono turbostráticas tienden a tener alta resistencia a la tracción, mientras que un tratamiento térmico en la brea de mesofase derivada en fibras de carbono con un alto módulo de Young (es decir, baja elasticidad) y alta conductividad térmica.
En particular, el PAN es una fibra de plástico formada por largas cadenas de moléculas de carbono, oxigeno, nitrógeno e hidrógeno en forma de escalera.
Cuando se calienta el PAN en correctas condiciones de temperatura en una atmosfera inerte, las cadenas de moléculas de carbono se juntan mientras los demás elementos se separan, los átomos de carbono del polímero cambian de distribución y forma una estructura estable de anillos fuertemente unidos que soportan los unos a los otros.
La estructura atómica de la fibra de carbono es similar a la del grafito, que consiste en láminas de átomos de carbono (láminas de grafeno) dispuestos siguiendo un patrón hexagonal regular. La diferencia radica en la forma en que se vinculan las láminas. El grafito es un material cristalino en el cual las láminas se apilan paralelas entre sí de manera regular. Las fuerzas intermoleculares entre las láminas son relativamente débiles (fuerzas de Van der Waals), dando al grafito unas características blandas y quebradizas.
Mediante un nuevo calentamiento, los anillos se juntan en 'listones' de hexágonos de átomos de carbono muy flexibles.
La unión flexible de los listones evita que se deslicen, como pasa en la estructura plana del grafito, lo que resulta en un notable incremento en la resistencia del material.
Los hilos de PAN son trefilados en filamentos cinco veces más delgados que un cabello humano y están compuestos entre 92 y 100 por ciento de átomos de carbono, según sean las propiedades que se busquen.
En síntesis, la fibra de carbono se produce por la quema controlada del oxígeno, nitrógeno y otros elementos diferentes al carbono de la fibra precursora, dejando solo el carbono en el material.
Hasta este punto del proceso se obtiene el producto primario: los filamentos individuales de carbono, también llamados mechas, con un diámetro que oscila entre 5 y 8 micras (μm), que son trenzados entre sí en grupos de 5.000 y 12.000 mechas y se conocen con el nombre de roving.
También existen rovings pesados (Heavy Tow) que se componen de 120.000 a 400.000 filamentos.
Tejidos de fibra de carbono
Tejido Plano 3k
Peso: 200 gr/m2
Tamaño del Filamento: 3k
Espesor: 0,25 mm
Tejido Twill 3k
Peso: 193gr/m2
Tamaño del Filamento: 3k
Espesor: 0,25mm
La fibra de carbono por sí sola no tiene utilidad; necesita de otros materiales, como las resinas y los endurecedores o catalizadores para formar un material compuesto, denominado "CFRP" (Plástico Reforzado con Fibra de Carbono).
RESINAS/ MATRIZ: Epoxi
Resinas termoestables son las de uso más general en altas prestaciones, con una temperatura máxima de uso en torno a los 170º. Se presentan en forma líquida más o menos viscosa que pueden transformarse en material sólido infusible mediante la acción de endurecedores. El tipo de epóxido, el catalizador o los agentes de reticulación, influyen en las características finales del sistema, como, por ejemplo, la resistencia térmica, la ductilidad, y cómo no, el modo de endurecimiento. La propiedad más destacable de las resinas epoxi es su buena capacidad de adhesión a una gran variedad de refuerzos lo que permite producir composites con un alto contenido en fibra. Se caracterizan además por mostrar una muy baja contracción durante el curado, así como por sus excelentes propiedades eléctricas, químicas y térmicas.
Por tanto, los materiales compuestos son aquéllos formados por dos o más materiales distintos sin que se produzca reacción química entre ellos y utilizan en su fabricación fibras sintéticas unidas con resinas, que dan lugar a materiales de alta calidad con baja densidad, gran durabilidad y resistencia.
Dependiendo de las solicitaciones requeridas para el uso en servicio de la pieza o el elemento a fabricar, se decidirá:
La cantidad de filamentos que compongan el hilo del entramado.
El tipo de tejido, la dirección del entramado le dará las cualidades de resistencia.
La resina, siendo la más común la epoxica, le dará la resistencia a los agentes externos, como los atmosféricos.
Propiedades de la fibra de carbono
Alta resistencia mecánica.
Peso ligero.
Excelente tenacidad.
Resistencia a la corrosión y al envejecimiento.
Buenas propiedades antiestáticas.
Alta resistencia al impacto.
Muy buenas propiedades dieléctricas.
Alta resistencia a los ácidos, alcalinos y algunos disolventes.
Alto módulo de elasticidad.
Baja densidad, 4.5 veces menor que el acero.
Buena propiedad ignifuga.
Resistencia a la fatiga.
Gran flexibilidad
Clasificaciones de la fibra de carbono
Según sus propiedades:
Ultra- alto módulo, tipo UHM (módulo > 450Gpa)
De alto módulo, tipo HM (módulo de entre 350 – 450Gpa)
Intermedio – módulo, tipo IM (módulo de entre 200 – 350Gpa)
Módulo bajo y de alta resistencia a la tracción, tipo HT (módulo < 100Gpa, resistencia a la tracción > 3.0Gpa)
Súper alta resistencia, tipo SHT (resistencia a la tracción > 4.5Gpa)
Según los materiales del precursor:
Fibras de carbono basadas en PAN
Fibras de carbono a base de brea
Fibras de carbono basadas en brea de meso-fase (con una estructura similar a la del grafito)
Fibras de carbono a base de brea isotrópica
Fibras de carbono a base de Rayón
Fibras de carbono cultivadas – en fase gaseosa
Según la temperatura de tratamiento térmico final:
Tipo I. Tratamiento de alta temperatura (HTT), donde la temperatura del tratamiento térmico final debe estar por encima de 2000 ° C y puede ser asociado con el tipo de fibra de alto módulo.
Tipo II. Tratamiento de calor intermedio (IHT), donde la temperatura del tratamiento térmico final debe estar alrededor o por encima de 1500 º C y puede ser asociado con el tipo de alta resistencia de la fibra.
Tipo III. Tratamiento a baja temperatura, donde las temperaturas finales de tratamiento térmico no son superiores a 1000 ° C. Estos son de bajo módulo y materiales de baja resistencia.
Según el tejido:
La fibra de carbono se mide por la anchura del tejido, es decir, un tejido de 1K se aproxima a 1mm de ancho, 6K a 6mm, 12K a 12mm, etc. La definición K, está relacionada por cada 1.000 fibras de carbono que componen cada hilo del tejido. Los más comunes son 1K, 3K, 6K, 12K, 24K, 50K. Estas fibras se tejen en la tela con diversos patrones de tejido, siendo la 3K la más común. Estos números describen el tamaño del paquete utilizado y tienen poco que ver con la calidad de la propia fibra.
Presentaciones industriales de la fibra de carbono en el mercado
Son disponibles en diversas presentaciones:
Mechas (500-100.000 filamentos) y Roving (Figura 4).. .
Tejidos (unidireccionales o multidireccionales) (Figuras 5 y 6). .
Preimpregnados con resina epoxi
INTRODUCCIÓN AL PROCESO DE FABRICACIÓN
El carbono es un polímero parecido al grafito, y se obtiene después de una reacción entre propano y amoníaco, con lo que se obtiene acrilonitrilo, el cual a su vez se transforma en poliacrilonitrilo después de la polimerización. Una vez obtenido ese polímero (sustancia química de elevada masa molecular) se puede proceder al estiramiento de éste para obtener el eje de la fibra, tras lo cual se oxida a unos 300ºC, lo cual elimina el hidrógeno y agrega oxígeno a la molécula. Es en este proceso donde el polímero adquiere su color negro.
Después de esto, necesita ser purificado por carbonización, lo que significa calentar el polímero a unos 2.500ºC en un entorno rico en nitrógeno que expulsa las impurezas hasta que el polímero contiene un 95-100% de carbono, en función de la calidad de la fibra. Para finalizar el proceso, sólo queda entrelazar las fibras en unas complejas máquinas tejedoras para conseguir el entrecruzado deseado y obtener el rollo con aspecto de 'tela' en fibra de carbono.
A esta 'tela' se le puede añadir la resina epoxy y crear la variante pre-impregnada, la cual ya viene preparada con su respectiva capa de resina lista para usarse. Ésta debe conservarse en cámaras frigoríficas a una temperatura constante de -18ºC y los operarios deben sacarla a temperatura ambiente unas horas antes de ser usada para que se descongele. Una vez descongelado, se colocan en máquinas automáticas de corte, donde se recortarán las plantillas para moldear las posteriores piezas. Cada rollo de fibra de carbono pre-impregnada suele ser de 50 metros de largo por metro y medio de ancho. Si tenemos en cuenta que un metro cuadrado de fibra de carbono pre-impregnada suele costar entre los 100 y los 150 euros, cada rollo puede llegar a costar unos 6.000 euros o más.
Fabricación de las fibras de carbono
Las fibras de carbono se fabrican mediante pirólisis controlada y ciclización de precursores de cierta fibra orgánica, el más común de los cuales es el precursor poliacrilonitrilo {PAN) y el alquitrán; el primero es una fibra sintética y el segundo se obtiene de la destilación destructiva del carbón. Existe otro precursor de fibra de carbono que se deriva de materiales provenientes de la celulosa, el rayón (Figura 2). Precursores de rayón, como se ha comentado se derivan de materiales provenientes de la celulosa. Actualmente apenas se utilizan, debido a que en el proceso de fabricación, al llegar a la carbonización, se pierde un 75% de la masa de fibra y resulta un proceso mucho más caro que el resto. Precursores de alquitrán, basados en MPP, en brea o en cloruro de polivinilo (PVC). Las fibras de carbono que derivan de estos precursores son relativamente más baratas ya que tienen una transformación más efectiva que los anteriores precursores. Precursores PAN, ya se ha dicho que son la base para la mayoria de las fibras comerciales en la actualidad. La conversión en fibra de carbono al final del proceso de transformación está entre el 50 y el 55% (Figura 3). Cada tipo de precursor tiene su técnica de procesado, pero en general todos siguen una misma secuencia, tomando como base un proceso de fabricación cuyo precursor es el PAN, se pueden distinguir las siguientes etapas: estabilización, carbonización, grafitización y tratamiento de superficie.
A) Estabilización. En el primer paso de la fabricación de la fibra de PAN (estabilización), un filamento de copolímero de poliacrilonitrilo (PAN) es estirado y pasado a través de un homo de oxidación a baja temperatura para adquirir estabilidad dimensional. Este paso suele denominarse infusible.
B) Carbonización. En el siguiente paso de carbonización la estructura interna del polímero se convierte a una alta temperatura más alta (800 °C bajo una atmosfera inerte) en lazos de anillos hexagonales de carbono continuo. Durante el período de calentamiento, muchos elementos diferentes del carbono desaparecen y los cristales de carbono se orientan a lo largo de toda la longitud de la misma.
C) Grafítización. En el siguiente tratamiento de calentamiento a más altas temperaturas por encima de 2000 °C (grafitización), el tamaño de los cristales de carbono aumenta y mejora la orientación de los cristales de la fibra.
D) Tratamiento de superficie. Finalmente, la fibra pasa a través de una cámara de tratamiento de superficie para promover la adhesión de la fibra.
Otros pasos serian el acabado y el empaquetado, en función de la presentación industrial, para facilitar el manejo de la fibra. Los pasos de procesamiento para la fibra de precursor de alquitrán son similares, salvo en el paso inicial, en el que la fibra se derrite a partir de alquitrán procesado isótropo o anisótropo. El tamaño y orientación de los cristales, la porosidad de la fibra y su impureza son los principales factores que afectan a las propiedades físicas finales del filamento. Cuando el tratamiento de calentamiento para la fibra de carbono aumenta, el módulo de elasticidad crece exponencialmente a lo largo de todo el rango de temperatura; el motivo es que la cristalinidad de la fibra aumenta hasta un valor máximo hacia los 1.600 °C y entonces cae hasta un valor constante, mientras la temperatura sube hasta el valor más alto utilizado.
Procesos empleados
Para fabricar piezas de fibra de carbono se utilizan diferentes procesos; entre estos, se encuentran:
HAND LAY-UP
Proceso de fabricación manual en molde abierto; consiste en la fabricación de piezas de material compuesto haciendo uso de brochas y rodillos para favorecer la impregnación de las fibras de refuerzo con resinas termoestables de baja o media viscosidad, acondicionado para la operación con un pulido previo y la aplicación de agentes desmoldeantes.
La resina utilizada se mezcla con un endurecedor que posibilita el posterior curado, una vez aplicada al refuerzo (capas pre-cortadas de fibras) depositado en el molde.
Tipo de piezas: piezas de grandes dimensiones, embarcaciones, carrocería, etc.
PRE-PREG
Los materiales preimpregnados son semiproductos listos para su empleo y destinados a la producción de grandes series.
Consisten en un proceso manual que emplea láminas de fibra de carbono en cualquier presentación de las mencionadas anteriormente.
Están impregnadas en resina reactiva en estado inicial de polimerización (termoendurecible) y precisan de un procesado final para su completa polimerización; normalmente, mediante calor (140º) se obtiene el producto termoendurecible.
Es el resultado del proceso de impregnar un conjunto de fibras en una línea de impregnación, previo al moldeado de la pieza requerida.
Más adelante se detallará en profundidad los detalles sobre este tipo de fabricación de la fibra de carbono, uno de los más extendidos por su sencillez y versatilidad en cuanto al diseño y acabado de piezas.
RTM
Proceso de fabricación de composites en molde cerrado. El refuerzo (capas pre-cortadas de fibras) se coloca en las dos partes que componen el molde, que queda cerrado mecánicamente.
Un tipo de resina termoendurecible de baja viscosidad se inyecta en el molde por la acción de una bomba. La pieza cura gracias a un ciclo térmico que se aplica al molde, ya que se trata de un molde calefaccionado.
Se consiguen piezas de buen acabado superficial en ambas caras con dimensiones regulares.
Tipo de piezas: gran variedad de tipo de piezas.
RESIN INFUSION
La infusión consiste en la fabricación de piezas de materiales compuestos, haciendo uso del vacío para favorecer la impregnación de las fibras de refuerzo con resinas termoestables de baja viscosidad.
En primer lugar, se dispone la fibra seca en un molde abierto. Posteriormente, se hace una bolsa de vacío sellando todo el perímetro. Mediante un proceso de vacío, se inyecta una resina de muy baja viscosidad, hasta que queda impregnada toda la fibra.
Tipo de piezas: Pequeñas series de piezas de grandes y medianas dimensiones.
PULTRUSIÓN
El proceso de pultrusión es la fabricación continúa, de bajo coste, automático y de alto volumen. Las fibras impregnadas con resina son traccionadas a velocidad constante, a fin de obtener un producto de una sección prediseñada.
Se seleccionan los materiales de refuerzo (fibras), según las propiedades técnicas que deba cumplir la pieza junto a la matriz polimérica (resinas y aditivos). El refuerzo está sometido a un proceso de estirado en continuo, quedando impregnado con la resina depositada en un baño anterior al molde, que dará geometría a la pieza.
La temperatura del molde garantiza la polimerización (endurecimiento) de la resina. El perfil obtenido es una pieza termoestable.
Tipo de piezas: Perfilaría (vigas, barandillas…)
Sándwich
Por último, uno de los procesos más utilizados en fabricación con estos materiales compuestos, consiste en la utilización de estructuras tipo sándwich, que forman un núcleo y dos recubrimientos, que actúan como una unidad, debido a que están pegados.
El núcleo puede ser de aramida o aluminio, tipo celdilla de abeja, madera de balsa, PVC, corcho, etc., y los dos recubrimientos monolíticos, de fibra de carbono.
EN PROFUNDIDAD: PRE-PREG
A continuación, haremos un análisis más exhaustivo del método de fabricación de piezas con láminas preimpregnadas en resina, el método más habitual para la fabricación en fibra de carbono, especialmente tratándose de una serie reducida de piezas iguales.
En estas condiciones, el material se presenta, o bien en rollos con la fibra dispuesta de forma unidireccional (con todas las fibras paralelas), o bien en tejido (con las fibras entrelazadas unas con otras) como se muestra en la ilustración. Apilando varias capas de material con las fibras orientadas según convenga se obtendrá un elemento sólido, tras el proceso de curado de la resina.
Rollos de fibra de carbono en cinta (izquierda) y en tejido (derecha).
El proceso de curado consiste generalmente en poner el material durante unas horas a una temperatura aproximada de 180ºC (según el tipo de resina), metido dentro de una bolsa de vacío para eliminar el aire que pudiese quedar entre las capas apiladas, así como los gases generados durante este proceso de curado. Para esto se usa una máquina llamada autoclave, que controla el vacío y la temperatura durante el ciclo. También la presión en el interior de la autoclave está controlada, pues con un aumento de la misma se consigue una compactación mucho mejor, así como una mejora sustancial en la evacuación de los gases del interior de la bolsa de vacío. Cada resina tiene un ciclo específico con el fin de optimizar sus características mecánicas.
Autoclave empleada en la fabricación
También, reseñar que este material requiere de unas condiciones de almacenamiento y uso especiales, más parecidas a la de un material biológico que a uno de construcción. Se trata de un material con fecha de caducidad, esto es, un tiempo después de ser fabricado deberá haber sido laminado y curado. Este tiempo suele ser de unos 6 meses, debiendo ser conservado durante este periodo en cámara frigorífica a bajas temperaturas, del orden de -18ºC. En el momento en que se saca de dichas condiciones el tiempo de manipulación también está acotado, siendo de aproximadamente 250 horas. Si cualquiera de las dos restricciones anteriormente comentadas no se cumple, el material sufre cambios que provocarían que las propiedades que se obtendrían, después del proceso de curado, serían peores de las que el proveedor proporciona en su hoja de características. También la exposición a la radiación solar provoca un envejecimiento prematuro y el contacto con algunos disolventes comunes lo deterioran. Por lo tanto, la fabricación ha de realizarse en un entorno controlado llamado "sala limpia", en donde la temperatura, presión, humedad, radiación y número de partículas en ambiente está controlado. Esto cuidados son fundamentalmente debido a que este material se compone de resina sin curar, siendo necesario cumplir estas exigencias para que siga en ese estado.
Designaciones comerciales de preimpregnados y su fabricante
Por último, incluimos unos ejemplos de fibras de carbono preimpregnadas en resina epoxy disponibles en el mercado, listas para su utilización teniendo en cuenta el mantenimiento antes descrito, así como los procesos para su fabricación
Preimpegnado en cinta "tape prepeg" ejemplo designación:
DESIGNACION COMERCIAL DE LA RESINA
% EN PESO DE LA RESINA
VICOTEX M18 / 32% / M55J / 145
DESIGNACION COMERCIAL DE LA FIBRA
PESO SUPERFICIAL DE LA FIBRA EN g/cm2
Nota: es una cinta de carbono de alto modulo (m55j) preimpregnada con resina epoxi modificada (m18) de curado a 180º, fabricada por ciba-brochier. Espesor: 0.125 mm
Preimpegnado en tejido "fabric prepeg" ejemplo designacion:
DESIGNACION COMERCIAL DE LA FIBRA
DESIGNACION COMERCIAL DE LA RESINA
% EN PESO DE LA RESINA
CYCOM 950-1 / 35% / T300 K3
DESIGNACION COMERCIAL DE LA FIBRA
Nota: Es un tejido bidireccional de 130º preimpregnado con resina epoxi 950-1 de curado a 1250, fabricada por cytec. Espesor: 0.195 mm
BIBLIOGRAFÍA
http://www.fibradecarbono.es/articulos/tipos-de-fibra-de-carbono/
https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/59500/Tesis.pdf?sequence=1
http://www.redalyc.org/pdf/707/70745478004.pdf
http://www.composites-ate.com/tecnologias-de-fabricacion/
http://www.autobodymagazine.com.mx/abm_previo/2014/02/la-fibra-de-carbono1/
http://www.caranddriver.es/formula-1/fibra-de-carbono-guia-basica-para-conocer-uno-de-los-materiales-mas-importa
http://ocw.upm.es/expresion-grafica-en-la-ingenieria/ingenieria-grafica-metodologias-de-diseno-para-proyectos/Teoria/LECTURA_COMPLEMENTARIA/MATERIALES/materialescompuestos.pdf
https://www.ribacomposites.it/es/it/azienda-19#block-138
http://www.quionnengineering.com/portfolio/molde-rtm-diseno-fabricacion-operacion/
http://www.composites-ate.com/tecnologias-de-fabricacion/
http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/viewFile/352/400
http://www.redalyc.org/pdf/707/70745478004.pdf
https://es.slideshare.net/iadiegue/fibra-de-carbono-15388902?next_slideshow=1
http://www.magmacomposites.com/esp/empresa.htm
http://www.windsurfsobreruedas.es/es/accesorios_general/reparacion/fibra-de-carbono-preimpregnado
http://catalogue.airtech.lu/product.php?product_id=1438&lang=ES
https://www.nippon.com/es/features/c00506/
http://www.iresiduo.com/noticias/espana/fidamc/17/05/19/fibra-carbono-reciclada-materia-prima-nuevos-productos
