Che cos'è la fibra di carbonio?

La fibra di carbonio è un materiale leggero e ad alta resistenza che ha rivoluzionato settori che vanno dall'aerospaziale alle attrezzature sportive. Composta da sottili e robusti filamenti cristallini di carbonio, è nota per il suo eccezionale rapporto forza-peso, la durata e la resistenza alla corrosione. Questo materiale avanzato è diventato una pietra miliare dell'ingegneria e del design moderni, consentendo la creazione di prodotti più leggeri e più resistenti di quelli realizzati con materiali tradizionali come l'acciaio o l'alluminio.

Viene prodotto attraverso un complesso processo di fabbricazione che inizia con un materiale precursore, solitamente poliacrilonitrile (PAN) o pece. Il processo prevede le seguenti fasi:

Ossidazione: Le fibre precursori vengono riscaldate in aria ad alte temperature (200-300°C) per stabilizzarle.

Carbonizzazione: Le fibre stabilizzate vengono poi riscaldate in un'atmosfera inerte a temperature fino a 2.000°C. Questo processo rimuove gli atomi non di carbonio, lasciando una fibra composta principalmente da carbonio.

Trattamento della superficie: Le fibre vengono trattate per migliorare l'adesione alle resine o ad altri materiali.

Dimensioni: Alle fibre viene applicato un rivestimento protettivo per evitare danni durante la manipolazione e la lavorazione.

Le fibre di carbonio che ne derivano sono estremamente sottili, in genere con un diametro di 5-10 micrometri, e vengono raggruppate insieme per formare dei fili o delle corde. Questi fili possono essere tessuti in tessuti o combinati con resine per creare materiali compositi.

La fibra di carbonio è apprezzata per la sua combinazione unica di proprietà, tra cui:

Alta resistenza: La fibra di carbonio è più resistente dell'acciaio e allo stesso tempo molto più leggera.

Peso ridotto: È circa 70% più leggero dell'acciaio e 40% più leggero dell'alluminio.

Rigidità: Ha un elevato modulo di elasticità, che lo rende estremamente rigido.

Resistenza alla corrosione: A differenza dei metalli, la fibra di carbonio non arrugginisce né si corrode.

Conduttività termica: Resiste alle alte temperature e ha una bassa espansione termica.

Resistenza alla fatica: Si comporta bene in caso di sollecitazioni ripetute, il che lo rende ideale per le applicazioni dinamiche.

La fibra di carbonio viene utilizzata in un'ampia gamma di settori grazie alle sue eccezionali proprietà. Alcune applicazioni comuni includono:

Aerospaziale: Utilizzato in componenti di aerei come ali, fusoliere e sezioni di coda per ridurre il peso e migliorare l'efficienza del carburante.

Automobile: Si trova nelle auto ad alte prestazioni, nei veicoli elettrici e nei veicoli da corsa per migliorare la velocità e l'efficienza.

Attrezzature sportive: Utilizzato in biciclette, racchette da tennis, mazze da golf e caschi per migliorare le prestazioni e la durata.

Energia rinnovabile: Utilizzato nelle pale delle turbine eoliche per le sue proprietà di resistenza e leggerezza.

Costruzione: Rinforza strutture come ponti ed edifici, fornendo una maggiore resistenza senza un peso significativo.

Dispositivi medici: Utilizzato in protesi, apparecchiature di imaging e strumenti chirurgici grazie alla sua leggerezza e biocompatibilità.

Leggero: Riduce il peso complessivo delle applicazioni, migliorando l'efficienza.

Alta resistenza: Garantisce l'integrità strutturale senza aggiungere ingombro.

Flessibilità di progettazione: Può essere modellato in forme complesse e personalizzato per applicazioni specifiche.

Durata: Resiste all'usura, alla corrosione e alla fatica, garantendo una lunga durata.

Costo: La sua produzione è costosa, il che la rende meno accessibile per alcune applicazioni.

La fragilità: Pur essendo resistente, può essere soggetto a fessurazioni in determinate condizioni.

Conducibilità: La sua conducibilità elettrica può essere uno svantaggio in alcune applicazioni.

Sfide del riciclaggio: I compositi in fibra di carbonio sono difficili da riciclare, il che pone problemi ambientali.