Elegir la fibra de carbono equivocada puede incrementar los costes en 40% y provocar el fracaso del proyecto. Esta guía de selección de fibra de carbono revela cómo los ingenieros aeroespaciales, de automoción y robótica seleccionan los materiales óptimos...

guía de selección de fibra de carbono

1. Comprender los fundamentos de la fibra de carbono

Composición: >90% átomos de carbono (de PAN o precursores de brea).

Propiedades clave:

  • Alta relación resistencia/peso (5 veces más resistente que el acero con 1/4 del peso)
  • Elevada relación rigidez/peso
  • Baja expansión térmica
  • Excelente resistencia a la fatiga
  • Resistencia a la corrosión
  • Conductividad eléctrica
  • Anisótropo: Las propiedades varían con la dirección de la fibra.

2. Parámetros críticos de selección

- Unidireccional (UD): Todas las fibras en 0°. Máxima resistencia/rigidez en la dirección primaria. Laminados.

- Tejido liso: Simple por encima y por debajo. Buena estabilidad, propiedades equilibradas. Manejo más fácil.

- Tejido de sarga (2×2, 4×4): Suavidad de caída, mejor conformabilidad que el liso. Contornos complejos.

- Tejido satinado (por ejemplo, 5HS, 8HS): Excelente caída, ondulación reducida. Moldes complejos, superficies de alta calidad.

- Tejido sin rizo (NCF): Capas cosidas de capas UD o tejidas. Mayor rendimiento mecánico.

  • Remolque pequeño (1K-12K):
  • Mejor caída, acabado superficial. Formas complejas, artículos deportivos.
  • Remolque grande (24K-50K+):
  • Menor coste por kg, mayores tasas de deposición. Automoción, industria.

- Unidireccional (UD): Todas las fibras en 0°. Máxima resistencia/rigidez en la dirección primaria. Laminados.

- Tejido liso: Simple por encima y por debajo. Buena estabilidad, propiedades equilibradas. Manejo más fácil.

- Tejido de sarga (2×2, 4×4): Suavidad de caída, mejor conformabilidad que el liso. Contornos complejos.

- Tejido satinado (por ejemplo, 5HS, 8HS): Excelente caída, ondulación reducida. Moldes complejos, superficies de alta calidad.

- Tejido sin rizo (NCF): Capas cosidas de capas UD o tejidas. Mayor rendimiento mecánico.

algunos tejidos comunes

tejido de fibra de carbono

Peso por unidad de superficie (g/m² u oz/yd²). Afecta al grosor del laminado, al contenido de resina y al tiempo de proceso.

Garantizar la compatibilidad con el sistema de resina elegido (epoxi, poliéster, éster de vinilo, bismaleimida, termoplástico).

Crítico para la adhesión fibra-matriz (fuerza de unión). Especificar en función del tipo de resina.

- Tejido seco: Requiere infusión de resina.

- Preimpregnado: Preimpregnado con resina (almacenamiento congelado). Calidad consistente, laminación más fácil.

- Fibra troceada/Mat: Para compuestos de moldeo, refuerzo de fibra corta.

- Perfiles pultrusionados: Secciones transversales constantes (barras, tubos).

3. Recomendaciones basadas en aplicaciones

  • Aeroespacial (Estructuras primarias): Fibras IM o HM, preimpregnados UD o tejidos de capa fina, control de alto contenido de resina.
  • Automoción (Rendimiento): Fibras SM o IM, tejidos de arrastre grandes o NCF, sistemas de preimpregnados/resinas de curado rápido.
  • Artículos deportivos (bicicletas, raquetas): Fibras SM o IM, tejidos de sarga 3K para estética, UD para zonas de rendimiento, Prepreg o wet layup.
  • Electrónica de consumo: Fibras HM para rigidez, tramas finas o UD para perfiles elegantes, grados de apantallamiento EMI.
  • Industrial/Robótica: Fibras SM o IM, tejidos rentables de gran arrastre, resinas epoxi o viniléster.
  • Marina: Fibras SM, Tejidos (sarga/satén), Viniléster o epoxi para la resistencia a la corrosión.

4. Consideraciones sobre proveedores y calidad

  • Reputación del proveedor: Certificaciones (AS9100, ISO 9001), Patrimonio aeroespacial.
  • Consistencia: Variabilidad entre lotes en cuanto a propiedades, tamaño y peso.
  • Disponibilidad de datos: Acceso a datos certificados de propiedades mecánicas (tracción, compresión, cizalladura).
  • Plazos de entrega y disponibilidad: Fundamental para la planificación de proyectos.

5. Consideraciones sobre el tratamiento

  • Colocación manual (en húmedo): Elija telas con buena caída (sarga, satén), peso areal manejable.
  • Infusión de resina (VARTM, RTM): Seleccionar tejidos permeables/NCF, medios de flujo compatibles.
  • Prepreg Layup: Requiere curado en autoclave/horno. Tenga en cuenta la adherencia, la vida útil y el ciclo de curado.
  • Moldeo por compresión: Fibra cortada, SMC o tejidos preformados.
  • Procesos automatizados (ATL/AFP): cintas UD o tejidos cortados. Control de anchura de precisión.

6. Optimización de costes

  • Evalúa: Estopa grande frente a estopa pequeña, tejido seco frente a preimpregnado, módulo estándar frente a módulo alto.

  • Minimizar los residuos: Anidamiento eficaz, métodos de corte óptimos.

  • Eficiencia del proceso: Resinas de curado más rápido, técnicas de mano de obra reducida (automatización, infusión).

7. Flujograma de decisiones clave

  1. Definir los requisitos de la aplicación: Cargas (tracción, compresión, cizalladura), rigidez, objetivos de peso, entorno, factores de seguridad.
  2. Identificar propiedades críticas: ¿Es primordial la fuerza, la rigidez, la resistencia al impacto o la vida útil a la fatiga?
  3. Considere el método de fabricación: ¿Layup húmedo, preimpregnado, infusión, moldeo?
  4. Seleccione el tipo de fibra y el tamaño del remolque: ¿SM, IM, HM? ¿3K, 12K, 50K?
  5. Elija Tejido y Peso areal: ¿DU, liso, sarga, satinado? ¿Qué g/m²?
  6. Especifique la compatibilidad de la resina y la forma: ¿Preimpregnado o tejido seco? Sistema de resina compatible.
  7. Evaluar proveedores y costes: Equilibrar rendimiento, calidad y presupuesto.
  8. Prototipos y pruebas: Validar la selección antes de la producción a gran escala.

8. Notas importantes

  • Consulte a expertos: Recurra a científicos de materiales o ingenieros de materiales compuestos desde el principio.
  • Pruebas: Las fichas técnicas de los materiales son orientativas; realice pruebas específicas para cada aplicación.
  • Considere todo el sistema: La fibra es sólo un componente. La resina, el núcleo (si es sándwich) y el proceso de fabricación son igualmente críticos.
  • Sostenibilidad: Explorar opciones de fibra de carbono reciclada cuando el rendimiento lo permita.

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