Tecnología: Conoce todos los detalles sobre la fibra de carbono
20 de Septiembre , 2017
Uno de los materiales “nuevos” que ha entrado con más fuerza a la industria automotriz es la fibra de carbono, ya que permite reemplazar piezas metálicas por otras fabricada en fibra de carbono, con un peso mucho menor e igual resistencia mecánica.
Aunque aún es un material caro, razón por la que se ve mayoritariamente en autos premium o deportivos de gama alta, los procesos de fabricación han disminuído su costo a medida que avanza la tecnología, por lo que en algún momento tendrá un precio suficientemente bajo como para ser usado en la mayoría de los vehículos, ayudando no sólo a los deportivos sino que a los autos “normales” a reducir consumos, al bajar el peso que debe mover el motor.
Fibra de carbono en rollos
La fibra de carbono es parte de la nueva generación de materiales compuestos. Los materiales compuestos se forman de dos materiales que se juntan para crear un solo material. Ambos materiales no se mezclan en una única solución, sino que se pueden observar por separado. Para explicarlo mejor, no se mezclan como lo haría el agua con azúcar, sino que más bien se forma un “sandwich” con los materiales. Uno de los materiales es el que entrega las propiedades mecánicas, mientras que el otro lo protege de agentes corrosivos y le proporciona la fuerza de cohesión para que se mantenga unido como un todo.
En el caso de la fibra de carbono, el material que entrega la resistencia mecánica son microfibras de carbono, de entre 0.005–0.010 mm de díametro, que son entretejidas en distintas direcciones formando un manto que viene generalmente en rollos o trozos. El otro material es una resina, generalmente resina epoxi, que tiene varias funciones, como recubrir las fibras, mantenerlas firmes en una posición (ésta le da la resistencia para que adopte una forma X, ya que la fibra en rollos sin resina es tan flexible como una tela) transmitir la tensión cuando hay fibras cortadas, y además resistir las deformaciones. Así la fibra soporta la tracción, y el conjunto completo soporta la compresión.
Para trabajar con este material, la técnica más común es colocar las láminas sobre un molde, a la que se le aplica la resina y se seca para que ésta se endurezca, proceso similar al que se usa para trabajar con la fibra de vidrio, que se presenta de la misma forma. Existen varios procedimientos para sacar el aire que pueda quedar atrapado, pero la idea básica es la misma.
El resultado de esto es un material sumamente resistente, con una densidad tres veces menor que la del acero, y una resistencia varias veces superior. Como las fibras resisten sólo en la dirección de la fibra, se colocan varias capas a distintos grados de inclinación para hacerla resistente a la tracción en cualquier sentido. Imaginen una cuerda tensa, si la tiras en dirección de la cuerda soportará la fuerza, pero si la tiras paralelo no hará oposición, que es similar al tocar una cuerda de guitarra.
En número, por ejemplo un acero corriente 1045 tiene una resistencia última a la tracción (cuando se rompe, se parte o se corta el acero) cercana a los 600 MPa , mientras que la fibra de carbono tiene una resistencia a la tracción de más de 3600 MPa, cifra que sigue aumentando a medida que se va mejorando la tecnología y las resinas. Así, por ejemplo se puede tener una viga con forma de canal de un metro de largo de menos de dos kg de peso con fibra de carbono, mientras que una viga de acero de esas mismas dimensiones pesa cerca de 12 kg; todo esto sin los problemas de oxidación y corrosión del acero.
Como casi todos los materiales modernos ligeros, su uso empezó en la industria aeronáutica, donde cada kg de peso ahorrado es aún más importante que en los superdeportivos. Actualmente en los vehículos se usa para fabricar partes de la carrocería o chasis, y en algunos se usa para partes motrices. Lo más usado actualmente son en los paneles de la carrocería, el capot, techo, kits aerodinámicos (no confundir con los de fibra de vidrio, que son mucho más baratos) alerones traseros, partes del chasis, etc. También se usa en el interior, más que nada por un asunto decorativo en las terminaciones del panel de instrumentos o los paneles en las puertas. Además se usa para partes móviles, como el cardán, ejes, brazos de suspensión, cigüeñal, etc.
En la Formula 1 se utiliza de manera masiva este material, ya que el chasis monocasco está fabricado completamente en este material, que aparte de darle la resistencia necesaria para soportar las velocidades y aceleraciones bruscas, se hace para que en el momento del impacto éste “reviente” en los extremos, liberando energía y protegiendo al piloto.
Su uso no se limita sólo a la industria aeronáutica y automotriz. Hoy se pueden encontrar piezas para bicicletas, cascos, uso en joyería, costura, etc. Como es un material tan manipulable, prácticamente no tiene límites su uso.
