¿Cómo se fabrica la fibra de carbono?

En esta sección hablaremos sobre el proceso de fabricación de la fibra de carbono. He aquí una de «las incertidumbres» que rodean este material y que en la web más especializada estamos dispuestos a resolver. ¿Cómo se fabrica? ¿Cómo se obtiene? En definitiva, ¿de dónde sale y cómo se hacen las piezas?

Debes saber que la aplicación más común de este material es la combinación en compuestos o composites, pero ahora vamos a ver todo más en detalle.

¿Cómo se hace la fibra de carbono? Procesos de fabricación

Cómo se obtiene la fibra de carbono

Este material ha sido una revolución para todo tipo de industrias. Al ser un material no metálico, maleable, rígido y resistente, de un peso muy ligero y con excelente versatilidad, se utiliza para multitud de aplicaciones. De hecho, podríamos decir que las propiedades que ofrece la fibra de carbono son innumerables.

Es un elemento nacido a partir del poliacrilonitrilo o PAN que, a través de un proceso de calentamiento, genera una estructura propia de átomos de carbono en forma de anillo. Y se trabaja de dos maneras diferentes, ambas, a muy altas temperaturas.

Fabricación por procesos químicos

Consiste en la realización del hilado de la fibra con un hilo precursor que puede variar en composición según el fabricante. La idea de este sistema es la alineación de los átomos para mejorar las propiedades del compuesto. Para ello, se utilizarán componentes químicos como el metacrilato, el metilmetacrilato, el vinil acetato y el cloruro de vinilo.

Seguidamente, se le somete a una técnica de carbonización, por el cual el hilo precursor se calienta en húmedo hasta eliminar todos los átomos que no son de carbono. Más tarde, las fibras de carbono resultantes pasan a un bobinado que donde recibirán un tratamiento para la mejora de la maleabilidad. De ahí, ya se puede iniciar un proceso de hilado o de tejido con la comercialización en mente.

Este proceso es bastante largo, incluso pueden llegar a pasar meses hasta encontrar la calidad deseada en la fibra. Y también es bastante caro, debido a los hornos especiales que se necesitarán para introducir los moldes a muy altas temperaturas. El resultado, al menos, aporta unas propiedades muy buenas que dan fama a la fibra de carbono: tejidos de 5 a 10 micrómetros de diámetro con densidades más bajas que el acero pero que lo iguala en fortaleza.

Fabricación en atmósfera de oxidación

Cómo se fabrica la fibra de carbono

Este consiste en calentar los filamentos de poliacrilonitrilo a 300º aproximadamente. De esta manera, se van rompiendo la mayoría de los enlaces de hidrógeno y se oxida la materia. Como verás, este método se repetirá a distintas temperaturas para conseguir nuevos cambios en la estructura atómica.

El siguiente paso será a 1100º – 3000º centígrados de temperatura. Ahora se produce lo que llamamos grafitización, y ya aquí los átomos de carbono se van formando en cadenas de grafeno. Es decir, se consiguen estrechas láminas con estructura hexagonal de carbono que, se van uniendo para formar filamentos cilíndricos si las tratamos a una temperatura adecuada.

Atención a la temperatura en la última fase

La temperatura es un factor importantísimo porque, a la hora de la grafitización podemos conseguir mayor resistencia a tracción (1500º – 2000º) o elevar el módulo de elasticidad (2500º – 3000º), según juguemos con ella. De ahí que se insista en la trascendencia que tienen los hornos durante el proceso.

Tras este paso habremos conseguido casi la totalidad de porcentaje de carbono en la materia prima y podremos volver a emprender el camino del comercio de la misma.

Materiales necesarios para hacer fibra de carbono

Con respecto al apartado de materiales de fabricación, hablamos de un kit de fibra de carbono para que puedas realizar piezas caseras a medida u otros proyectos más grandes, vamos a poner sobre la mesa una serie de productos necesarios. Al menos podrás aprender sobre ellos y sobre sus usos, aunque luego no hagas ninguna pieza.

Son aquellos que se suelen encontrar más a menudo cuando buscamos tiendas online de este tipo en Internet. Aunque la nuestra, al ser más completa, tiene muchas más secciones con recomendaciones, ofertas y más. Veámos éstos por lo pronto y, más abajo, seguimos con más información:

Elabora tus propias piezas en fibra de carbono caseras

KITFIBRADECARBONO es una web con recomendaciones de productos e información sobre la fibra de carbono, nosotros no fabricamos nada propio. Pero lo que sí podemos disponer para que puedas hacer tú tus propias piezas de fibra de carbono a medida, es enseñarte cómo es el proceso de fabricación. Como has podido comprobar, tenemos el material necesario para trabajar con la fibra. Nos referimos con esto a la tela, las planchas, la resina epoxi, los tubos o las varillas, entre otros. Pero también ofrecemos al consumidor productos como los filamentos para impresoras 3D que no son tan comunes de encontrar en tiendas.

Estamos seguros de que encontrarás todo lo necesario para la personalización o la fabricación. Ya eso es cuestión del resultado que busques y cómo lo apliques. Recuerda que la fibra de carbono tiene unas propiedades excelentes y un diseño que enamora a muchos como tú y como nosotros. Así que podrás conseguir maravillas para tu coche, para tu moto, incluso para mucho más.

Aquí, por ejemplo, podemos ver un vídeo sobre una forma sencilla y barata de fabricar fibra de carbono:

Distintos métodos para hacer piezas de fibra de carbono

¿Cómo se hacen los materiales y partes de fibra de carbono? Pues tenemos que atender a los detalles de los productos que te hemos dicho que tenemos en venta, porque son la manera de entender cómo se elaboran estas piezas de compuesto de carbono.

Lo primero que debemos destacar, que es algo que hemos comentado por encima en la introducción, es que la principal aplicación de la fibra de carbono es en la utilización de compuestos. Es decir, siempre se usa acompañada (por ejemplo, fibra de carbono y fibra de aramida o kevlar).

Hacer piezas de fibra de carbono

Además, la fabricación suele ser con una resina plástica llamada epoxi, que refuerza el compuesto en cuestión. Y el resultado serán las piezas tan robustas que buscamos. Ahora veremos cómo se hacen unas u otras.

Telas, planchas y láminas de carbono

Como ya hemos visto, los tejidos resultantes de la unión de hilos de carbono (que a su vez están compuestos de filamentos «nano»), son de 5 a 10 micrómetros de espesor. Una vez tenemos esto, lo vamos a someter a un proceso de refuerzo y matriz con otras resinas termoestables, normalmente resina epoxi, que unen las fibras.

Tras una técnica de curado a cierta temperatura, se obtiene un compuesto muy duro, la fibra de carbono propiamente dicha. Más tarde, la utilizaremos para la fabricación de piezas usando muchas capas de estas capas principales. Seguiremos siempre la elaboración de la adhesión de las fibras con la resina epoxi para que nos de como resultado el material que queremos: que no se rompa la malla y se obtengan las propiedades necesarias.

Tubos de carbono

Para la creación de los tubos de fibra de carbono, se controla la distribución de la malla para repartirla de manera uniforme por el área del cilindro. De esta manera, no alteramos el peso del material y será ideal para utilizar en deportes de competición, en aeronáutica, etc.

La técnica de fabricación más usada es la pultrusión. Este proceso se lleva a cabo a través de una maquinaria que permite el arrastre de materia prima. Nos explicamos mejor: se realizan piezas de formas continuas con un perfil concreto como si fuera plastilina. Más tarde se irá impregnando, conformando, curando y cortando. Así se consigue el resultado tan bueno que ya sabemos, el de un material compacto y resistente con una superficie pulida y bajo peso.

Etapas del proceso

Elaborando tejidos de carbono

Para meternos en detalles sobre las distintas etapas de elaboración diremos qué se hace en cada una de forma cronológica:

  1. Desenrollado y distribución de la malla.
  2. Impregnación en resina y control de su distribución de manera homogénea.
  3. Preformado gradual hasta su perfil deseado.
  4. Conformado y curado de la matriz.
  5. Post-curado.
  6. Corte a las medidas deseadas.

Con esta metodología de elaboración, se consiguen mayores longitudes de material con un menor coste de fabricación. Además de ello, se mejora la velocidad de producción.

Teniendo estas telas y tubos tan maleables y versátiles, podremos fabricar multitud de piezas de fibra de carbono. Ese es el quid de la cuestión.

Un nuevo método: la fibra de carbono forjada

Fibra de carbono forjada

En los últimos años, ha aparecido un nuevo método de fabricación que resulta más barato y eficiente: la fibra de carbono forjada.

Muchas marcas de coches ya están estudiándolo y aplicándolo en ciertas partes de sus modelos. El proceso consiste en crear una especie de pasta donde las fibras se disponen de forma aleatoria. Seguidamente a esto, se le inyectará la resina termoestable y se iniciará el curado. De esta manera, conseguimos una elaboración mucho más rápida.

Elegir un molde para fabricar fibra de carbono

La elección del molde depende del tipo de trabajo que queramos realizar. ¿Qué tipo de laminado vamos a hacer? ¿Qué tipo de fibra vamos a utilizar? Todas estas preguntas debemos hacernoslas antes de elegir el material del molde.

Por ejemplo, no es lo mismo utilizar fibra seca que fibra de carbono preimpregnada o prepeg. Ni tampoco es lo mismo un molde desechable que uno mecanizado. De todas formas, te damos unas pinceladas para que sepas por dónde van los tiros. Según su precio, tenemos:

  • Más caros:
    • Acero mecanizado, los más utilizados en la industria.
    • Polietilenos como el Ertacetal C.
  • Intermedios:
    • Kitmould, que es una especie de composición con masillas epoxi.
    • Necuron, una especie de arcilla que sirve tanto para fibra de carbono seca como «prepeg».
  • Baratos, que suelen ser de:
    • Fibra de vidrio, sobre todo para prepeg.
    • Aluminio (aunque debemos tener cuidado con la presión que se le ejerce).