Guía de procesamiento de compuestos de fibra de carbono
Compuestos de fibra de carbono: guía de procesamiento
El procesamiento de compuestos de fibra de carbono (CF) es un negocio complicado, considerando que la mayoría de los ingenieros que piensan en producir o diseñar provienen del diseño de piezas metálicas.se le ha llamado aluminio negro, y su diseño y fabricación se han descrito como arte negro.¿Qué es realmente?
El propósito de esta guía de diseño es proporcionar información general y especificaciones sobre materiales compuestos de fibra de carbono y algunas pautas para diseñar productos ligeros de alto rendimiento con compuestos de fibra de carbono.
Por qué fibra de carbono
Los compuestos de fibra de carbono tienen propiedades mecánicas excepcionales en comparación con los metales y plásticos homogéneos.El material es fuerte, rígido y ligero.Estos compuestos son el material de elección para aplicaciones en las que el rendimiento superior y ligero es primordial, como componentes para naves espaciales, aviones de combate y coches de carreras.
¿Qué son los compuestos de fibra de carbono?
Los materiales compuestos se fabrican combinando refuerzo (fibra) con matriz (resina), y esta combinación de fibra y matriz proporciona características superiores a cualquiera de los materiales por sí solos.En un material compuesto, la fibra soporta la mayor parte de la carga y es el principal contribuyente a las propiedades del material.La resina ayuda a transferir la carga entre las fibras, evita que las fibras se doblen y une los materiales.
¿Cuanto cuesta?
Históricamente, los compuestos de fibra de carbono han sido muy costosos, lo que ha limitado su uso a aplicaciones especiales.Sin embargo, durante los últimos diecisiete años, a medida que ha aumentado el consumo y ha aumentado la automatización en los procesos de fabricación, el precio de los compuestos de fibra de carbono ha disminuido.El efecto combinado ha reducido el costo total de los productos de aluminio de alta gama.Hoy en día, los compuestos de fibra de carbono son económicamente viables en muchas aplicaciones, como artículos deportivos, embarcaciones de alto rendimiento, vehículos de alto rendimiento y maquinaria industrial de alto rendimiento.
Aplicaciones
Los materiales compuestos son extremadamente versátiles.El ingeniero puede elegir entre una amplia variedad de fibras y resinas para obtener las propiedades deseadas del material.Además, el grosor del material y la orientación de las fibras se pueden optimizar para cada aplicación.
Las ventajas de los compuestos de fibra de carbono son:
1.Alta rigidez específica (rigidez dividida por densidad)
2.Alta fuerza específica (fuerza dividida por densidad)
3.Coeficiente de expansión térmica extremadamente bajo (CTE)
4.Transparente a rayos X (debido a su bajo peso molecular)
¿En qué aplicaciones se utilizan los compuestos de fibra de carbono?
El posicionamiento único de los compuestos de fibra de carbono con alta resistencia específica, rigidez y bajo CTE les proporciona un lugar único en muchas áreas de aplicación, como se muestra en la siguiente tabla:
Aplicaciones típicas de compuestos de fibra de carbono
Información de diseño
Los compuestos de fibra de carbono se consideran "material de diseño" porque las piezas se pueden adaptar para que tengan resistencia o rigidez en las direcciones y ubicaciones que sean necesarias.Esto se logra colocando materiales estratégicamente y orientando la dirección de la fibra para que se adapte mejor a los requisitos.Además, la flexibilidad de diseño y fabricación que ofrecen los compuestos de fibra de carbono brinda oportunidades para optimizar el diseño, como consolidar e incorporar muchas características in situ, para reducir aún más el precio total de la pieza.
Estampación
Los moldes se utilizan para definir la forma de las piezas compuestas.La pieza compuesta recogerá todas las formas y características de los moldes;por lo tanto, la calidad de la pieza está fuertemente influenciada por la calidad del molde.Los moldes pueden ser masculinos o femeninos.Los moldes hembra son los más comunes y producirán una pieza con una superficie exterior lisa, mientras que un molde macho producirá una superficie interior lisa.Se requiere un molde emparejado (macho y hembra) si la pieza se consolida con una prensa.
Herramientas de dos partes, comúnmente llamadas "clamshell"
Los moldes se pueden fabricar con materiales compuestos, epoxi relleno de metal o mecanizados en aluminio o acero.El tipo de molde y materiales utilizados depende del tipo de pieza y de la cantidad de producción.
Proceso de manufactura
La producción avanzada de fibra de carbono generalmente se lleva a cabo utilizando la fibra de carbono preimpregnada con resinas termoendurecibles.Los dos métodos clave utilizados son:
1. Bandeja de mano
La colocación a mano de materiales tejidos preimpregnados sigue siendo una gran parte de la industria de fabricación de compuestos, que requiere las habilidades y la experiencia de una mano de obra humana para formar capas planas en formas complejas.Es capaz de producir piezas complejas y de alto rendimiento, pero puede ser un proceso caro y muy variable.
2. Colocación automatizada de fibra (AFP)
Los aspectos principales a considerar son el ancho de la fibra que está utilizando y el radio del rodillo de compactación.
