Entre todos los tipos de plásticos y compuestos desarrollados por tecnólogos químicos, el carbono (fibra de carbono), un material basado en los mejores hilos de carbono, ocupa un lugar especial en el mundo moderno. Es un 75% más ligero que el hierro y un 30% más ligero que el aluminio y, sin embargo, tiene una resistencia a la tracción cuatro veces mayor que la de los mejores grados de acero.
Los hilos de carbono en sí son bastante frágiles, por lo que a partir de ellos se tejen paneles flexibles y elásticos. Agregándoles composiciones poliméricas aglutinantes se obtienen plásticos de fibra de carbono, que han supuesto una auténtica revolución en el deporte, la tecnología y muchas otras áreas de la actividad humana.
En las carreteras, en el cielo y en el mar.
El ámbito de aplicación más conocido de la fibra de carbono es la industria del automóvil. Inicialmente, su extraordinaria combinación de resistencia y ligereza atrajo la atención de los diseñadores de coches de Fórmula 1, lo que permitió reducir significativamente el peso de los coches de carreras. John Bernard, ingeniero del fabricante de automóviles británico McLaren, fabricó por primera vez piezas de carrocería de fibra de carbono a principios de los años 1980. Esto produjo un aumento de velocidad tan notable que inmediatamente llevó al equipo de carreras McLaren al podio.
Sin embargo, el derecho a ser el más rápido es muy caro debido a que todas las piezas de fibra de carbono están hechas a mano. La tela de carbono de un tejido especial se coloca en moldes de fundición y luego se une con compuestos poliméricos. En la etapa final, se procesa a alta temperatura y presión. Por lo tanto, durante mucho tiempo, los elementos de la carrocería de carbono se utilizaron únicamente en superdeportivos y modelos premium. Y sólo recientemente se anunció el lanzamiento de modelos en serie con piezas de fibra de carbono disponibles para una amplia audiencia. Así, los elementos de fibra de carbono estarán ampliamente representados en la estructura de la carrocería del nuevo BMW i3. Y en la nueva versión del Volkswagen Golf GTI VII hatchback, gracias al capó y al techo de fibra de carbono, ¡fue posible reducir el peso del automóvil en 200 kg a la vez!
Los materiales a base de carbono se han utilizado aún más ampliamente en la fabricación de aviones, donde han comenzado a reemplazar el aluminio y el titanio tradicionales. Los diseñadores de aviones que trabajan en la industria de defensa fueron los primeros en apreciar las perspectivas. Por ejemplo, los últimos cazas rusos Su-47 y T-50 utilizan componentes de fibra de carbono para las alas y el fuselaje.
El carbono también se utiliza cada vez más en aviones de pasajeros, donde puede reducir el consumo de combustible y aumentar la carga útil. Así, en el Boeing 787 Dreamliner, al menos el 50% de los elementos del fuselaje están fabricados con materiales compuestos a base de carbono, por lo que el consumo de combustible se reduce en un 20%. Con el mismo propósito, el avión de pasajeros más grande, el Airbus A380, fue equipado con alas compuestas en un 40% de fibra de carbono. ¡Y el fuselaje del moderno avión de negocios Hawker 4000 está hecho casi en su totalidad de este material!
El carbono no se utiliza menos activamente en la construcción naval. La razón de su popularidad es la misma: una relación fuerza-peso única, vital en las duras condiciones marinas. Además, los constructores navales valoran la resistencia al impacto y a la corrosión de este material.
Como es habitual, los plásticos reforzados con fibra de carbono fueron los primeros en utilizarse en el sector de la defensa. Los compuestos de carbono se utilizan para fabricar elementos de los cascos de los submarinos, ya que reducen considerablemente el ruido y tienen un efecto sigiloso, haciendo que el barco sea "invisible" para los radares enemigos. Y en las corbetas suecas tipo Visbi, el casco y las superestructuras están hechos de compuestos de carbono utilizando tecnología sigilosa. Se utiliza un material multicapa con una base de PVC, que está cubierta con un tejido especial hecho de hebras de carbono. Cada uno de estos haces absorbe y dispersa las ondas de radio de los radares, evitando que la embarcación sea detectada.
Para los barcos civiles, la invisibilidad del radar no es necesaria, pero la ligereza, la resistencia y la capacidad de fabricar piezas de casi cualquier configuración resultaron tener una gran demanda. Muy a menudo, el carbono se utiliza en la construcción de yates deportivos y de recreo, donde las características de velocidad son importantes.
Los elementos del futuro barco están "moldeados" a partir de lonas de fibra de carbono según un modelo informático, como si fueran plastilina. En primer lugar, se fabrica un modelo de tamaño real de la cubierta y el casco con un modelo de plástico especial. Luego, utilizando estos patrones, los paneles de tela de carbono se pegan manualmente en capas y se mantienen unidos con resinas epoxi. Después del secado, la carrocería acabada se lija, se pinta y se barniza.
Sin embargo, existen métodos más modernos. Por ejemplo, la empresa italiana Lanulfi logró automatizar casi por completo el proceso. Mediante el modelado 3D, los grandes elementos estructurales del barco se dividen en partes más pequeñas, pero que combinan perfectamente. A partir de un modelo informático, mediante una máquina controlada por ordenador, se fabrican las bases, que sirven como matrices para el pegado de piezas de fibra de carbono. Este enfoque nos permite lograr la máxima precisión, lo cual es muy importante para el rendimiento de los yates deportivos.
Carbono para todos
El carbono está empezando a utilizarse cada vez más en la construcción. Agregar fibras de carbono al hormigón lo hace mucho más resistente a las influencias externas. De hecho, se obtiene un monolito superfuerte con una superficie muy densa. Esta tecnología se utiliza en la construcción de rascacielos y presas, así como en la construcción de túneles.
Vale la pena mencionar los materiales para reforzar, reparar y restaurar superficies de hormigón armado: lonas y placas especiales hechas de tejido de carbono (por ejemplo, Mapewrap o Carboplate). Le permiten restaurar completamente la estructura sin recurrir a recargas costosas y no siempre posibles.
Para los grandes promotores y constructores privados resulta de especial interés una innovación como el uso de carbono en el sistema de yeso para aislar fachadas.
Referencia
"La adición de pequeñas fibras de carbono con un diámetro de menos de 15 micrones a la composición de refuerzo conduce a un resultado muy importante: un aumento múltiple de la resistencia al impacto de la fachada", dice Roman Ryazantsev, director de proyectos de CAPAROL, experto en este campo. de protección y aislamiento térmico de fachadas de edificios. "En particular, el aditivo de carbono del sistema de revoque CAPATECT Carbon (Caparol) permite que la fachada resista sin daños impactos con una energía de hasta 60 julios; esto es diez veces más de lo que pueden soportar las versiones convencionales de fachadas de revoque".
Si el propietario de una cabaña decide utilizar un sistema de este tipo para la decoración exterior de su casa, no solo reducirá los costos de calefacción y proporcionará un microclima interior favorable, sino que también protegerá las paredes de cualquier influencia mecánica. El granizo grande rompe el revestimiento de vinilo y deja abolladuras en el estuco de arena normal. Los fuertes vientos que arrastran escombros y ramas de árboles también pueden dañar la fachada. Pero el acabado con la adición de fibras de carbono no dejará rastro. Además, no le temen influencias cotidianas como que le golpeen con una pelota o con un disco en los juegos infantiles.
"Por lo general, para proteger la parte del sótano de la fachada de daños accidentales, se utiliza un revestimiento de piedra, por ejemplo, gres porcelánico", señala Daniil Mazurov, jefe del departamento de ventas al por mayor de la empresa comercial y de construcción de Moscú PKK Interstroytekhnologii. – Pero para terminar el sótano de un complejo residencial que se está construyendo actualmente en el sur de Moscú, decidimos probar un sistema de yeso con fibra de carbono. En pruebas comparativas mostró resultados muy impresionantes”.
Vadim Pashchenko, jefe del departamento WDVS del departamento regional de Moscú de la empresa CAPAROL, menciona otra consecuencia valiosa del uso de componentes de refuerzo con fibras de carbono en el sistema de yeso: la fachada se vuelve resistente a las deformaciones por temperatura. Para los arquitectos y propietarios de casas privadas, esto significa total libertad de expresión: pueden pintar las paredes de la casa en cualquiera de los colores más oscuros y saturados. Con el yeso tradicional de cemento y arena, estos experimentos pueden terminar tristemente. La superficie oscura de la pared se calienta demasiado rápido bajo los rayos del sol, lo que provoca la formación de grietas en la capa protectora y decorativa exterior. Pero para un sistema de fachada con fibras de carbono, este problema no existe.
Hoy en día, en toda Europa comienzan a aparecer casas de campo privadas y edificios comerciales, escuelas y jardines de infancia, que se destacan del contexto general, a los que el carbono ha contribuido a adquirir colores expresivos y ricos. A medida que los propietarios privados rusos comienzan a experimentar con los colores de las fachadas, alejándose de los tradicionales tonos pastel, esta tecnología innovadora está ganando demanda en nuestro país.
Generación siguiente
Ahora es imposible imaginar una industria de alta tecnología sin carbono. Cada vez es más accesible para la gente corriente. Ahora podemos adquirir esquís, tablas de snowboard, botas de montaña, cañas de spinning y bicicletas de fibra de carbono, cascos y otros equipos deportivos.
Pero ya está siendo sustituido por una nueva generación de materiales: los nanotubos de carbono, que son decenas de veces más resistentes que el acero y tienen muchas otras propiedades valiosas.
Representación esquemática de un nanotubo.
Así, el fabricante de ropa canadiense Garrison Bespoke ha desarrollado un traje para hombre elaborado con un tejido a base de nanotubos de carbono. Esta tela detiene balas de hasta calibre .45 y protege contra heridas punzantes. También es un 50% más ligero que el Kevlar, un material sintético utilizado para fabricar chalecos antibalas. Sin duda, estos trajes se pondrán de moda entre los empresarios y los políticos.
Entre las aplicaciones más fantásticas de los nanotubos de carbono se encuentra un ascensor espacial, que permitirá poner carga en órbita sin costosos y peligrosos lanzamientos de cohetes. Su base debería ser un cable resistente que se extiende desde la superficie del planeta hasta una estación espacial ubicada en órbita geoestacionaria a una altitud de 35 mil km sobre la Tierra.
Esta idea fue propuesta por el gran científico ruso Konstantin Tsiolkovsky en 1895. Pero hasta ahora el proyecto parecía impracticable por razones técnicas, ya que no se conocían materiales con los que se pudiera fabricar un cable tan resistente. Sin embargo, el descubrimiento de los nanotubos de carbono a principios de los años 1990. Nos obligó a reconsiderar los límites de lo posible. Un hilo de un milímetro de espesor tejido con nanotubos de carbono puede soportar una carga de aproximadamente 30 toneladas. Esto significa que viajar a la órbita de forma económica y segura en un ascensor espacial está pasando de ser una trama de ciencia ficción a una tarea práctica para los ingenieros.
Se sabe que el sólido indicador de resistencia a la tracción en relación con su propio peso que tiene la fibra de carbono es un logro único del material y abre brillantes perspectivas para su uso en la economía nacional. El uso del carbono en la construcción moderna aún no se ha generalizado, aunque hoy en día no es difícil comprarlo. Pero los métodos de aplicación simples y confiables prometen durar mucho tiempo.
Fibra de carbon
La primera producción de fibras de carbono mediante pirólisis de fibras de viscosa y su uso para filamentos incandescentes fue patentada por Edison a finales del siglo XVIII.
El creciente interés por la fibra apareció en el siglo XX como resultado de la búsqueda de un material para componentes compuestos en la fabricación de motores de cohetes y aviones.
En cuanto a sus cualidades: resistencia al calor y propiedades de aislamiento térmico, así como resistencia a la corrosión, la fibra de carbono no tenía igual.
Las características de las primeras muestras de fibras de poliacrilonitrilo (PAN) eran bajas, pero las mejoras en la tecnología permitieron obtener fibras de hidrocarburos con una resistencia de fibra de carbono de 2070 MPa y un módulo elástico de 480 GPa.
Hoy en día, la fibra de carbono o fibra de carbono tiene una amplia gama de aplicaciones en la construcción:
- para sistema de refuerzo externo
- para la reparación de estructuras portantes de almacenes y puentes, edificios industriales y residenciales.
El uso de productos de fibra de carbono permite realizar actividades de construcción, en comparación con los métodos existentes de reconstrucción o refuerzo, de forma rápida y eficiente.
Pero una historia sobre los logros de la fibra de carbono estaría incompleta sin mencionar su uso en la fabricación de piezas de aviones.
Los logros de los fabricantes de aviones nacionales ofrecen una sana competencia a Mitsubishi Heavy Industries, que produce piezas del Boeing 787.
Producción de productos a partir de material polimérico.
Material polimérico: el carbono es un hilo de fibra fina con un diámetro de 5 a 15 micrones, formado por átomos de carbono y combinados en microcristales. Es la alineación durante la orientación de los cristales lo que da a los hilos buena resistencia y alargamiento, baja gravedad específica y coeficiente de expansión térmica e inercia química.
Los procesos productivos para la producción de fibras de PAN involucran tecnología de autoclave y posterior impregnación para el refuerzo con resina. La fibra de carbono se infunde con plástico (preimpregnado) y con plástico líquido, fortaleciendo los hilos de fibra bajo presión.
Según las características físicas, la fibra de carbono se divide en tipos:
- Fibras de carbono de alta resistencia (composición de 12.000 fibras continuas)
- Fibras de carbono carbonizadas de uso general (hilo retorcido de 2 o más fibras de hasta 100 mm de largo).
Las estructuras de fibra de carbono reforzadas con productos fabricados con este material reducen el peso de la estructura en un 30%, y la inercia química permite utilizar tejidos de carbono como filtro para limpiar líquidos y gases agresivos de impurezas.
En este vídeo se presenta la producción de fibra de carbono.
Gama de productos de fibra de carbono.
tejidos de carbono
El principal producto fabricado con fibra de carbono de alto módulo es un tejido de carbono con un espesor de 1,6 a 5,0 mm, que tiene una estructura de tejido tafetán con una densidad de 520 a 560 g/m².
Los tejidos de carbono, que tienen un coeficiente de expansión lineal nulo, son muy resistentes a la deformación y la corrosión.
Las características de los tejidos de carbono estándar son:
Los parámetros de los tejidos de carbono son:
- ancho de la hoja 1000-2000 mm
- contenido de carbono 98,5%
- densidad 100-640 g/m2
- espesor 0,25-0,30 mm.
Además de los tejidos de carbono, los principales productos de fibra de alto módulo son las cintas y los cordones.
Existen los siguientes tipos de tejido de tejidos de carbono, que en cierta medida afectan la movilidad del producto:
- lino tejido creado entrelazando cada hilo de urdimbre con un hilo de trama 1/1, creando una mejor resistencia y movimiento de la tela
- satín un tejido en el que un hilo de trama entrelaza 4-5 hilos de urdimbre, reduciendo la posibilidad de que la tela se doble demasiado
- tela asargada Tejido en el que el número de hilos de urdimbre está cubierto por el mismo número de hilos de trama.
Un ejemplo de la posibilidad de un tejido de sarga es el tejido de carbono multicolor. La tela de carbono multicolor se utiliza con éxito para crear prendas de Kevlar y cosas que son higroscópicas y capaces de intercambiar aire. El kevlar, fabricado a partir de hilos técnicos con diferentes densidades y estructuras, ya se utiliza en la industria automovilística y militar, desplazando a la fibra de vidrio y al acero.
Las ventajas del carbono se expresan claramente en los productos elaborados con fibra de carbono carbonizada.
productos de fibra carbonizada
La gama de productos elaborados a partir de fibra carbonizada es más amplia y está representada por:
- tejido de carbono carbonizado RK-300 (sustituto de fibra de vidrio)
- tejido con revestimiento de aluminio por una cara RK-300AF (las propiedades mejoradas gracias a la pantalla térmica permiten el uso de carbono como material de bobinado termoaislante)
- tejidos de construcción de carbono 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 48k
- Cintas y cordones carbonizados.
La lona tejida de carbono o fibra carbonizada realiza excelentes funciones de refuerzo, independientemente del tipo de relleno.
Además, con fibras carbonizadas se fabrican pantallas que absorben EMR, termopares y electrodos, así como productos de ingeniería de radio.
producción de piscinas con refuerzo de carbono
En la producción de piscinas con refuerzo de fibra de carbono, la tecnología incluye la etapa de agregar refuerzo de fibra de carbono, madera de balsa y gomaespuma a la capa cerámica. La base para la creación de un marco doble de piscina con refuerzo de carbono fueron los diagramas de carga construidos y las tensiones admisibles sobre el material.
Concluyamos que la creciente popularidad del uso de fibra de carbono en el futuro podrá desplazar del mercado a los materiales de refuerzo.
Los plásticos reforzados con fibra de carbono son materiales compuestos a base de fibras de carbono y aglutinantes poliméricos, donde se utilizan varios tipos de fibras de carbono y materiales fibrosos como refuerzo.
Producción de plásticos reforzados con fibra de carbono.
Los métodos básicos para producir compuestos reforzados con fibra de carbono son comunes para materiales fibrosos. Los plásticos reforzados con fibra de carbono generalmente se producen a partir de preimpregnados preparados mediante métodos de prensado, pultrusión, colocación y posterior prensado. Las fibras de carbono se caracterizan por una alta fragilidad, lo que requiere precaución al procesarlas para obtener plásticos reforzados con fibra de carbono: es necesario realizar un prensado a alta presión y también evitar curvaturas pronunciadas de las cargas de refuerzo.
Para facilitar su uso, se producen premezclas, preimpregnados y fibras prensadas a base de fibras de carbono y grafito y resinas poliméricas, es decir. Materiales que contienen una determinada cantidad de carga de refuerzo y matriz polimérica, preparados para la fabricación de piezas y productos.
Los aglutinantes más utilizados son las resinas termoendurecibles: epoxi, fenólicas, poliimidas, que proporcionan una alta adherencia y un alto grado de implementación de las propiedades mecánicas de las fibras de carbono, así como los termoplásticos resistentes al calor: poliamidas aromáticas, polisulfonas, policarbonatos. No es aconsejable el uso de termoplásticos de bajo punto de fusión, como poliolefinas y poliamidas alifáticas, ya que no permiten que se realicen muchas de las propiedades de las cargas de carbono.
Los plásticos reforzados con fibra de carbono de alta resistencia y alto módulo se fabrican a partir de tipos apropiados de hilos, hebras y cintas de carbono con altas características mecánicas. Para la implementación más completa de las propiedades mecánicas de las cargas de carbón, se utilizan predominantemente unidireccionales y transversales.
Propiedades de la fibra de carbono
La composición de los plásticos reforzados con fibra de carbono está determinada por los requisitos de los productos fabricados con ellos. Los plásticos de carbono a base de fibras carbonizadas o grafitizadas incluyen: materiales prensados a base de materiales no tejidos de carbono (generalmente carbonizados) y fibras cortadas; textolitos de carbono a base de tejidos de carbono (carbonizados) y grafito; Plásticos de carbono de alta resistencia y alto módulo a base de hilos, cintas, haces en forma de perfiles, productos enrollados y láminas de carbono (grafitizados).
Las fibras de grafito y los materiales fibrosos tienen propiedades mecánicas y térmicas más altas, pero son bastante caros.
Las propiedades mecánicas de los plásticos reforzados con fibra de carbono en la dirección del refuerzo están determinadas en gran medida por las propiedades de las fibras de refuerzo y su ubicación; en menor medida dependen del aglutinante. Las características de temperatura de los plásticos reforzados con fibra de carbono están determinadas principalmente por las propiedades de los aglutinantes.
Los materiales de carbono-carbono pueden funcionar a altas temperaturas y en un ambiente inerte, hasta 2500°C.
Aplicación de tableros de fibra de carbono.
Los materiales de prensado de carbono y las textolitas se utilizan para la fabricación de diversas piezas, como antifricción, resistentes a productos químicos, etc. Se utilizan, en particular, para fabricar casquillos de cojinetes. A partir de fibras prensadas y láminas preimpregnadas de carbono con matrices fenólicas y otras matrices resistentes a productos químicos, se fabrican piezas de bombas, accesorios, intercambiadores de calor y recubrimientos compuestos resistentes a productos químicos sobre productos metálicos (con mayor frecuencia contenedores y otros equipos químicos). Los plásticos reforzados con fibra de carbono también se utilizan para sustituir los materiales a base de amianto (faolita) utilizados anteriormente.
Como productos estructurales y revestimientos altamente resistentes al calor se utilizan plásticos de carbono a base de aglutinantes fenólicos y poliimidas, así como materiales de carbono-carbono. La elección de estos aglutinantes se debe al hecho de que durante la carbonización se convierten en coque con un alto rendimiento de carbono, formando al mismo tiempo una matriz de carbono bastante fuerte.
Los plásticos reforzados con fibra de carbono de alta resistencia y alto módulo, así como los laminados de fibra de carbono, se utilizan para la fabricación de las piezas y productos más críticos en aviones, barcos, otros vehículos, equipos médicos, productos deportivos y prótesis.
Como materiales antiestáticos se utilizan termoplásticos que contienen fibras de carbono en cantidades de hasta un 2-3%. La eficiencia del uso de fibras de carbono como relleno es significativamente mayor que la de los aditivos tradicionales de negro de humo, ya que las fibras forman una "malla" eléctricamente conductora en el material con un contenido significativamente menor.
Los materiales de carbono también tienen aplicaciones médicas: los organismos vivos no los rechazan. Por lo tanto, si sujeta un hueso roto con un alfiler a base de fibra de carbono y reemplaza el tendón dañado con una cinta de carbono ligera y resistente, el cuerpo no percibirá este material como extraño.
Se pueden distinguir los siguientes campos de aplicación de la fibra de carbono y la fibra de carbono:
Cohetería, fabricación de aviones (fabricación de aviones, fabricación de helicópteros, aviones pequeños);
Construcción naval (buques de guerra, construcción naval deportiva);
Industria del automóvil (coches deportivos, motos, tuning);
Material deportivo (bicicletas, raquetas de tenis, cañas de pescar);
Productos especiales (palas de aerogenerador, etc.).
Fibra de carbon- un material formado por finos hilos con un diámetro de 3 a 15 micras, formado principalmente por átomos de carbono. Los átomos de carbono están dispuestos en cristales microscópicos alineados paralelos entre sí. La alineación de los cristales confiere a la fibra una mayor resistencia a la tracción. Las fibras de carbono se caracterizan por una alta resistencia a la tracción, un bajo peso específico, un bajo coeficiente de expansión térmica y una inercia química.
La producción de fibra de carbono en Rusia la lleva a cabo la empresa Composite-Fiber LLC, que forma parte del holding Composite.
La fibra de carbono es la base para la producción (o, plásticos de carbono, de “carbono”, “carbone” - carbono). Los plásticos reforzados con fibra de carbono son materiales compuestos poliméricos hechos de hebras de fibra de carbono entrelazadas ubicadas en una matriz de resinas poliméricas (generalmente epoxi).
Los materiales compuestos de carbono se caracterizan por su alta resistencia, rigidez y bajo peso, a menudo más resistentes que el acero, pero mucho más ligeros.
Producción de materiales poliméricos.
Nuestra oferta
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¿Por qué el precio de la fibra de carbono es tan alto?
El alto consumo de energía es la principal razón del elevado coste de la fibra de carbono. Sin embargo, esto queda más que compensado por el impresionante resultado. Ni siquiera puedo creer que todo empezó con un material "suave y esponjoso" contenido en cosas bastante prosaicas y conocidas no sólo por los empleados de los laboratorios químicos. Las fibras blancas, los llamados copolímeros de poliacrilonitrilo, se utilizan ampliamente en la industria textil. Forman parte de tejidos de vestir, trajes y tejidos de punto, alfombras, lonas, tapizados y materiales filtrantes. En otras palabras, los copolímeros de poliacrilonitrilo están presentes siempre que se mencione la fibra acrílica en la etiqueta adjunta. Algunos de ellos “sirven” como plásticos. El más común de ellos es el plástico ABS. Entonces resulta que el carbono tiene muchos "primos". El hilo de carbono tiene una resistencia a la tracción impresionante, pero su capacidad para "recibir un golpe" al doblarse es decepcionante. Por lo tanto, para productos de igual resistencia, es preferible utilizar tela. Las fibras organizadas en un orden determinado se "ayudan" mutuamente a soportar la carga. carecen de esta ventaja. Sin embargo, al especificar diferentes orientaciones de las capas, es posible lograr la resistencia requerida en la dirección deseada, ahorrar significativamente en la masa de la pieza y no fortalecer innecesariamente lugares sin importancia.
¿Qué es la tela de carbono?
Para la fabricación de piezas de carbono se utiliza tanto fibra de carbono simple con hilos ubicados aleatoriamente que llenan todo el volumen del material, como tejido (Carbon Fabric). Hay decenas de tipos de tejido. Los más comunes son lisos, sarga y satinados. A veces, el tejido es condicional: se "agarra" una cinta de fibras ubicadas longitudinalmente con escasos puntos transversales para que no se deshaga. La densidad del tejido, o peso específico, expresada en g/m2, además del tipo de tejido, depende del espesor de la fibra, que viene determinado por el número de fibras de carbono. Esta característica es múltiplo de mil. Entonces, la abreviatura 1K significa mil hilos en una fibra. Los tejidos más utilizados en los deportes de motor y el tuning son los tejidos de tejido liso y sarga con una densidad de 150 a 600 g/m2, con espesores de fibra de 1K, 2,5K, 3K, 6K, 12K y 24K. El tejido 12K también se utiliza mucho en productos militares (cascos y cabezas de misiles balísticos, palas de rotores de helicópteros y submarinos, etc.), es decir, donde las piezas experimentan cargas colosales.
¿Hay carbón de color? ¿Hay carbón amarillo?
A menudo se puede escuchar de los fabricantes de piezas de tuning y, como resultado, de los clientes hablar de carbono "plateado" o "coloreado". El color "plateado" o "aluminio" es simplemente una pintura o revestimiento metálico sobre fibra de vidrio. Y no es apropiado llamar carbono a ese material: es fibra de vidrio. Es gratificante que sigan apareciendo nuevas ideas en este ámbito, pero las características del vidrio no se pueden comparar con las del carbón vegetal. Las telas de colores suelen estar hechas de Kevlar. Aunque algunos fabricantes también utilizan aquí fibra de vidrio; Incluso los hay teñidos de viscosa y polietileno. Al intentar ahorrar dinero reemplazando Kevlar con los hilos de polímero mencionados, la adherencia de dicho producto a las resinas empeora. No se puede hablar de durabilidad de los productos con tales tejidos. Tenga en cuenta que Kevlar, Nomex y Tvaron son marcas estadounidenses de polímeros patentadas. Su nombre científico es “aramidas”. Estos son parientes de las medias y las medias de nailon. Rusia tiene sus propios análogos: SVM, Rusar, Terlon SB y Armos. Pero, como suele suceder, el nombre más "promocionado", "Kevlar", se ha convertido en un nombre familiar para todos los materiales.
¿Qué es Kevlar y cuáles son sus propiedades?
En términos de peso, resistencia y propiedades de temperatura, Kevlar es inferior a la fibra de carbono. La capacidad del Kevlar para soportar cargas de flexión es significativamente mayor. Precisamente a esto se asocia la aparición de tejidos híbridos, en los que el carbono y el Kevlar están contenidos aproximadamente en la misma proporción. Las piezas con fibras de carbono-aramida perciben mejor la deformación elástica que los productos de carbono. Sin embargo, también tienen desventajas. El compuesto de carbono-Kevlar es menos duradero. Además, es más pesado y “miedo” al agua. Las fibras de aramida tienden a absorber la humedad, lo que afecta tanto a ellas mismas como a la mayoría de las resinas. La cuestión no es sólo que el "epoxi" se destruye gradualmente mediante una solución de agua y sal a nivel químico. Al calentarse y enfriarse, y generalmente congelarse en invierno, el agua suelta mecánicamente el material de la pieza desde el interior. Y dos comentarios más. Kevlar se degrada cuando se expone a la luz ultravioleta y el material moldeado en la resina pierde algunas de sus maravillosas propiedades. La alta resistencia al desgarro y al corte se distingue por el tejido Kevlar sólo en su forma "seca". Por tanto, las aramidas muestran sus mejores propiedades en otros ámbitos. Las esteras cosidas a partir de varias capas de estos materiales son el componente principal para la producción de chalecos antibalas ligeros y otros equipos de seguridad. Los hilos de Kevlar se utilizan para tejer cuerdas de barcos delgadas y resistentes, fabricar cuerdas para neumáticos y utilizarlos en correas de transmisión de maquinaria y cinturones de seguridad de automóviles.
¿Es posible cubrir la pieza con fibra de carbono?
El deseo irresistible de tener en su automóvil piezas de cuadros en negro y negro o en negro y color ha llevado a la aparición de extravagantes sustitutos de la fibra de carbono. Los talleres de tuning cubren los paneles interiores de madera y plástico con tela de carbono y los rellenan con innumerables capas de barniz, con lijado entre medias. Cada pieza requiere kilogramos de materiales y mucho tiempo de trabajo. Se puede admirar el arduo trabajo de los maestros, pero este camino no lleva a ninguna parte. Las “joyas” fabricadas con esta técnica a veces no soportan los cambios de temperatura. Con el tiempo, aparece una red de grietas y las piezas se deslaminan. Las piezas nuevas difícilmente encajan en sus lugares originales debido al gran espesor de la capa de barniz.
¿Cómo se fabrican los productos de carbono y/o compuestos?
La tecnología de producción de estos se basa en las características de las resinas utilizadas. Hay muchísimos compuestos, como se llama correctamente a las resinas. Las resinas epoxi y de poliéster de curado en frío son las más comunes entre los fabricantes de kits de carrocería de fibra de vidrio, pero no pueden revelar completamente todas las ventajas de la fibra de carbono. En primer lugar, debido a la débil fuerza de estos compuestos aglutinantes. Si a esto le sumamos la escasa resistencia a las temperaturas elevadas y a los rayos ultravioleta, las perspectivas de utilizar las marcas más habituales son muy dudosas. Una capota de carbono fabricada con estos materiales tendrá tiempo de volverse amarilla y perder su forma en un caluroso mes de verano. Por cierto, a las resinas "calientes" no les gusta la radiación ultravioleta, por lo que, por seguridad, las piezas deben recubrirse con al menos barniz transparente para automóviles.
Compuestos endurecibles en frío.
Las tecnologías "frías" para la producción a pequeña escala de piezas poco críticas no permiten el desarrollo, ya que también tienen otros serios inconvenientes. Los métodos de vacío para fabricar compuestos (la resina se introduce en una matriz cerrada de la que se evacua el aire) requieren una larga preparación del equipo. A esto le sumamos la mezcla de componentes de resina, que "mata" mucho tiempo, lo que tampoco contribuye a la productividad. No tiene ningún sentido hablar de pegado a mano. El método de pulverizar fibra picada en una matriz no permite el uso de tejidos. En realidad, todo es idéntico a la producción de fibra de vidrio. Es solo que se usa carbón en lugar de vidrio. Incluso el proceso más automatizado, que también permite trabajar con resinas de alta temperatura (método de bobinado), es adecuado para una lista reducida de piezas de sección cerrada y requiere equipos muy caros.
Las resinas epoxi de curado en caliente son más fuertes, lo que permite revelar plenamente sus cualidades. Para algunas resinas "calientes", el mecanismo de polimerización a temperatura "ambiente" comienza muy lentamente. En esto se basa la llamada tecnología preimpregnada, que consiste en aplicar la resina terminada sobre la fibra de carbono mucho antes del proceso de moldeo. Los materiales preparados simplemente esperan entre bastidores en los almacenes.
Dependiendo de la marca de resina, el tiempo en estado líquido suele durar desde varias horas hasta varias semanas. Para prolongar la vida útil, los preimpregnados preparados a veces se almacenan en refrigeradores. Algunas marcas de resinas “viven” durante años en su forma terminada. Antes de agregar el endurecedor, las resinas se calientan a 50-60 C y luego, después de mezclarlas, se aplican a la tela con un equipo especial. Luego, la tela se recubre con una película plástica, se enrolla y se enfría a 20-25 C. De esta forma, el material se almacenará durante mucho tiempo. Además, la resina enfriada se seca y se vuelve prácticamente invisible en la superficie del tejido. Directamente durante la fabricación de la pieza, el aglutinante calentado se vuelve líquido como el agua, por lo que se esparce, llena todo el volumen del molde de trabajo y se acelera el proceso de polimerización.
Compuestos endurecedores en caliente.
Existe una gran variedad de compuestos “calientes”, cada uno con sus propios regímenes de curado de temperatura y tiempo. Normalmente, cuanto más alta sea la lectura del termómetro requerida durante el proceso de moldeo, más fuerte y resistente al calor será el producto terminado. Según las capacidades del equipo disponible y las características requeridas del producto final, no solo puede seleccionar las resinas adecuadas, sino también fabricarlas bajo pedido. Algunos fabricantes nacionales ofrecen este servicio. Naturalmente, no gratis.
Los preimpregnados son ideales para la producción de carbón en autoclaves. Antes de cargarlo en la cámara de trabajo, la cantidad requerida de material se coloca cuidadosamente en la matriz y se cubre con una bolsa de vacío con espaciadores especiales. La colocación correcta de todos los componentes es muy importante, de lo contrario no se evitarán los pliegues no deseados que se forman bajo presión. Será imposible corregir el error más adelante. Si la preparación se realizara con un aglutinante líquido, se convertiría en una verdadera prueba para el sistema nervioso de los trabajadores, con perspectivas poco claras de éxito de la operación.
Los procesos que ocurren dentro de la instalación son sencillos. La alta temperatura derrite el aglutinante y "activa" la polimerización, la bolsa de vacío elimina el aire y el exceso de resina, y el aumento de presión en la cámara presiona todas las capas de tela contra la matriz. Y todo sucede al mismo tiempo.
Por un lado, existen algunas ventajas. La fuerza de esto es casi máxima: los objetos de las formas más complejas se crean en una sola "sentada". Las matrices en sí no son monumentales, ya que la presión se distribuye uniformemente en todas direcciones y no viola la geometría del equipo. Lo que significa una rápida preparación de nuevos proyectos. Por otro lado, el calentamiento hasta varios cientos de grados y la presión, que a veces alcanza las 20 atm, hacen del autoclave una estructura muy cara. Dependiendo de sus dimensiones, los precios de los equipos oscilan entre varios cientos de miles y varios millones de dólares. Sumemos a esto el consumo despiadado de electricidad y la complejidad del ciclo de producción. El resultado son altos costos de producción. Sin embargo, existen tecnologías más caras y complejas, cuyos resultados son aún más impresionantes. Los materiales compuestos de carbono-carbono (CCM) en los discos de freno de los coches de Fórmula 1 y en las toberas de los motores de cohetes soportan cargas enormes a temperaturas de funcionamiento que alcanzan los 3000 C. Este tipo de carbono se produce grafitizando una resina termoendurecible, que está impregnada con una fibra de carbono comprimida. blanco. La operación es algo similar a la propia producción de fibra de carbono, solo que se produce a una presión de 100 atmósferas. Sí, los grandes deportes y el sector militar-espacial son capaces de consumir artículos únicos a precios desorbitados. Para el tuning y, especialmente, para la producción en serie, esta relación "precio-calidad" es inaceptable.
Si se encuentra una solución, parece tan simple que uno se pregunta: “¿Qué te impidió pensar en ello antes?” Sin embargo, la idea de separar los procesos que ocurren en un autoclave surgió después de años de investigación. Así apareció y comenzó a ganar impulso una tecnología que hace que el moldeado en caliente de carbono sea similar al estampado. El material preimpregnado se prepara en forma de sándwich. Después de aplicar la resina, la tela se cubre por ambos lados con polietileno o con una película más resistente al calor. El "sándwich" se pasa entre dos ejes presionados uno contra el otro. Al mismo tiempo, se elimina el exceso de resina y el aire no deseado, de forma muy parecida a cuando se hilaba la ropa en las lavadoras de los años 60. El preimpregnado se presiona en la matriz con un punzón, que se fija mediante uniones roscadas. A continuación, toda la estructura se coloca en un armario calefactor.
Las empresas de tuning fabrican matrices a partir de la misma fibra de carbono e incluso marcas duraderas de alabastro. Los moldes para trabajar yeso, sin embargo, son de corta duración, pero son bastante capaces de fabricar un par de productos. Las matrices más "avanzadas" están hechas de metal y, a veces, están equipadas con elementos calefactores incorporados. Son óptimos para la producción en masa. Por cierto, el método también es adecuado para algunas partes de una sección cerrada. En este caso, dentro del producto terminado queda un punzón de espuma liviano. El ala Mitsubishi Evo es un ejemplo de este tipo.
Las fuerzas mecánicas hacen pensar en la resistencia del equipo, y el sistema de matriz-punzón requiere modelado 3D o un modelador de primera clase. Pero esto sigue siendo cientos de veces más barato que la tecnología de autoclave.
Alexey Romanov editor de la revista "TUNING Cars"
Para muchos entusiastas del automóvil, el deseo de tunear su coche se ha convertido en una auténtica obsesión. Quiero cambiar mi “caballo de hierro”, hacerlo más brillante, diferente a los demás. Así, una de las áreas más populares de tuning exterior e interior es el uso de fibra de carbono. Pero qué tipo de material es, qué ventajas y desventajas tiene, cómo se puede utilizar. Veamos estas preguntas con más detalle.
¿Qué es el carbono y en qué se diferencia de la fibra de carbono?
La producción de un material compuesto tan popular se ha establecido desde hace mucho tiempo. A principios del siglo XX, los británicos de Farnborough mostraron al público las primeras piezas fabricadas con este material milagroso. Se basa en una gran cantidad de hilos de carbono entrelazados, que se unen entre sí mediante resina epoxi. Para darle al material la máxima resistencia, se colocan en un cierto ángulo entre sí. Son los hilos de carbono los que son el elemento principal de este material compuesto. A pesar de su mínimo espesor, no se pueden romper ni rasgar. El patrón del polímero de fibra de vidrio moderno se puede hacer en forma de estera, espiga y otras formas.
Difusor trasero de carbono
El carbono se utiliza activamente en muchos ámbitos de la vida, pero sobre todo en el tuning de automóviles. De este material se fabrican spoilers, capós y diversos elementos del interior y de la carrocería. Si va a construir un Korch ultraligero, entonces simplemente es necesario utilizar este material de carbono. Además, la fibra de carbono ha encontrado su aplicación no sólo en los automóviles: se utiliza activamente para la producción de piezas básicas para barcos, motos de nieve, motocicletas y otros tipos de transporte.
Ventajas y desventajas del plástico de fibra de carbono.
El material de carbono es bastante específico en su estructura y características, por lo que tiene lados positivos y negativos. Las principales ventajas incluyen ligereza y resistencia. En cuanto a la resistencia, gracias al tejido especial de hilos, este material compuesto no es inferior a muchos metales modernos. La fibra de carbono pesa casi la mitad que el acero y 1/5 menos que el aluminio.
Carbono: ¿cuál es la resistencia a la tracción?
¿Has oído hablar de la resistencia única de la fibra de vidrio? Por tanto, una pieza fabricada en carbono tiene características mucho mejores a este respecto. Por ello, este compuesto en particular se utiliza en los deportes de motor, donde se presta especial atención a la seguridad de los pilotos y a la consecución de resultados. Cualquier reducción en el peso del automóvil manteniendo el nivel máximo de resistencia es solo una ventaja.
Puerta y capó
¿Cuánto más fuerte es esta fibra de carbono que el metal?
Pero el carbono también tiene desventajas obvias. Muchos entusiastas del tuning se ven disuadidos de comprar elementos de fibra de carbono por el elevado coste. En comparación con la misma fibra de vidrio, el carbono es mucho más caro. La razón se puede aducir precisamente por la singular complejidad tecnológica del proceso de producción. Y las propias materias primas cuestan a los fabricantes un buen centavo. Por ejemplo, el pegado de diferentes capas de un material se realiza utilizando resinas costosas y de alta calidad. Además, las empresas fabricantes de fibra de carbono se ven obligadas a adquirir equipos especializados y costosos.
Alerón trasero
Pero estas no son todas las desventajas del popular material de tuning. Como muestra la práctica, este material compuesto es muy resistente a impactos puntuales y fuertes. El fuerte impacto de incluso una pequeña piedra es suficiente para atravesar el elemento de carbono del coche. Después de unos pocos años de funcionamiento, la misma campana puede parecer un verdadero tamiz. Además, al carbono realmente no le gusta la luz del sol. Si no esconde el automóvil en el garaje y lo deja en la calle, pronto se perderá el color original.
Marco y tirantes
Ya hemos mencionado la sensibilidad de este composite a diversos impactos. Por lo tanto, si se daña, este material no se puede reparar. La única solución para un entusiasta de los automóviles es sustituir completamente la pieza, lo que, como ya comprenderá, supone un gasto importante.
capó de fibra de carbono
¿Es posible la imitación del carbono?
Al entusiasta medio de los coches no le importa lo fuerte o ligero que sea el carbono. Lo principal es que se ve muy bonito: esto es lo que atrae a los entusiastas del tuning. Por lo tanto, no es necesario utilizar material original y costoso: basta con imitarlo.
Manijas de las puertas con efecto de carbono
películas de PVC
Hoy en día puedes imitar la fibra de carbono utilizando varios métodos diferentes. El más popular (precisamente por su disponibilidad) fue el especial película de PVC, duplicando el dibujo original. Hoy en día existen muchos “sustitutos” de este tipo, en una amplia variedad de diseños. Con un secador de pelo y una película se puede cubrir casi cualquier parte del interior y exterior de un coche, dándole un aspecto inusual de fibra de carbono. Por supuesto, no siempre es posible colocar elementos pequeños la primera vez, pero si se practica, incluso esta tarea se vuelve factible. Si aún surgen problemas en tu trabajo, siempre puedes recurrir a los expertos en su campo. Hoy en día existen suficientes organizaciones que se ocupan de este tipo de tuning.
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La segunda opción para la imitación de carbono es la llamada impresión hidrográfica. Aquí también se aplica una película especial, pero se aplica bajo presión de agua. Ya no será posible realizar este tipo de trabajo en condiciones de "garaje": se requerirá equipo adicional. La ventaja de este método es la mayor calidad de sintonización. En este caso, la película, a diferencia del método anterior, se puede aplicar incluso en las partes más "curvadas". Si el procesamiento se realiza con alta calidad y de acuerdo con la tecnología, la apariencia no diferirá en absoluto de la fibra de carbono real.
Por cierto, la expresión “cuerpo o interior de fibra de carbono” es muy popular hoy en día. Por lo tanto, esto no significa en absoluto que los elementos estén hechos de un material costoso; simplemente se cubren con una película especial utilizando una de las tecnologías descritas anteriormente.
Aerografía "bajo carbono"
Como ya hemos comenzado a describir todas las opciones de imitación, vale la pena mencionar el tercer método: aplicar aerografía. Por supuesto, en términos de apariencia final, este método es peor que los dos anteriores, pero en ciertos círculos de automovilistas también es popular. Desafortunadamente, un aerógrafo no puede transmitir con precisión el diseño de un compuesto; aquí es donde surgen ciertos problemas.
¿Cómo ahorrar en una compra y cuál es el precio de la emisión?
En cualquier caso, la afinación compuesta es muy popular hoy en día. Con un poco de gasto podrás transformar tu coche, hacerlo reconocible y brillante. Además, la película de carbono aplicada a los elementos externos de la carrocería puede proteger el metal y la pintura de las influencias externas. Sin duda, es mejor utilizar carbono natural o polímero de fibra de carbono. Pero si no se dispone de la cantidad necesaria, la mejor opción es la película con aspecto de carbono.