El caso, hace un mes tuve la suerte de estar con un par de expertos en materiales compuestos o "composites" (fibra de carbono, vidrio, aramida, combinaciones y muchos otros tipos), yfabricamos un par de tubos de fibra de carbono como ejemplo y enseñanza. Aprovechando que saqué algunas fotos y mucho conocimiento, intentaré hacer un resumen de cómo se hacen estos tubos y, en general, "cualquier" pieza en fibra.
Empezaré comentando y aclarando algunos términos para que sea más sencillo de leer, espero expresarme bien.
Fibra de carbono: Fibra de alta resistencia a tracción-compreión, muy delgada y poco elástica. Se vende en múltiples formatos, pero destacaremos:
Fibra de carbono unidireccional en la cual las fibras llevan todas la misma direción, siendo un conjunto de fibras alineadas.
Tejido de fibra de carbono, en el que se presenta como una tela con fibras cruzadas. Hay de muchos tipos, pero el más normal es a 0/90º, es decir, fibras perpendiculares (como la imagen de fondo de la cabecera del foro). Estos tejidos pueden tener más de 2 direcciones, que haya una predominante, que no se entrelacen igual en todo el tejido, o incluso en forma de brading (pronunciado breidin), haciendo el tejido en forma de tubo o de perfil (el cual se utilizará en este "reportaje".
Fibra de carbono preimpregnada, la cual es de cualquier tipo dicho anterior, pero con resina ya impregnada y la cual no necesitará aporte de resina (mientras no se diga lo contrario, necesitará resina para unir y dar consistencia a la fibra). Por tener resina, para evitar que solidifique (cure), hay que conservarlo a bajas temperaturas y tiene fecha de caducidad (en un congelador se puede conservar).
Resina: Suele ser una mezcla de una resina y un catalizador, que con el tiempo endurece. Es necesario aplicar resina a la fibra, es lo que le dará consistencia, ya que en el fondo, "pega" las fibras unas con otras y evita que se despeguen. Hay múltiples tipos, casi todas poliméricas (para fibra de carbono, la más frecuente es "epoxi").
Curado: Básicamente lo que sufren los jamones, ciclos de temperatura y tiempo establecidos, que en curado de fibras lo establece la resina, y suelen ser temperaturas en torno a los 100ºC y tiempos dehoras, según la cantidad de resina. También hay resinas que curan a temperatura ambiente.
Creo que no me olvido ninguno, pero si hay dudas sobre otros términos, se pregunta y lo añado
.Bueno, con términos aclarados, empezaré a comentar el proceso.
1.- Para empezar, partimos de un tubo de espuma para utilizar como núcleo de la fibra, y por motivos de peso (esencial), es una espuma muy ligera que simplemente servirá como apoyo para dar la fibra (auqnue tiene otras utilidades como soportar esfuerzos de cortante). Sobre esta espuma, enrollamos 3 capas de fibra de carbono unidireccional preimpregnada de un plieque que previamente cortaremos a medida con un cuter (es suficiente para cortar fibra). Al ser preimpregnada, está cubierta por ambos lados como la cinta de doble cara, por lo que quitaremos primero la capa protectora de un lado, comenzaremos a enrollar, y segñun acabemos la primera vuelta iremos quitando la protección del otro lado, para que la fibra se enrolle sobre sí misma, quedando con un aspecto tal que este:
Por desgracia no se aprecia bien, pero todas las fibras están en la dirección del tubo.
2.- Ahora, y debido a la fragilidad de la fibra de carbono, forraremos la barra con un brading (tejido tubular con fibras a 0/90º), y puesto que el brading no es preimpregnado, le daremos una mano de resina como si se pintase.
Lo primero es poner el brading, por lo que nos ayudaremos de un tubo de mayor diámetro que nuestra barra, para ir poniéndolo.
Colocación del Brading en el tubo para poner en la barra
Brading en tubo dispuesto para forrar la barra
Colocando en brading sobre la barra
Brading colocado
Barra forrada con Brading
Posteriormente, se procedería a dar la resina tras hacer la mezcla de los 2 componentes (resina+catalizador). Se da con una brocha, como si se pintase la barra, siempre con guantes protectores, y cubriendo bien toda la superficie, pero sin excederse en cantidad. Siento no tener fotos de este proceso, si las consigo, las añadiré.
EDIT: Foto de impregnación en resina:
Impregnado del Brading con resina epoxi ya mezclada con catalizador, utilizando una brocha y cuidando no mancharse.
/EDIT:
3.- El siguiente paso, es el curado de la barra. En este proceso, la resina se endurecerá, y para que impregne bien todas las capas de fibra, se someterá a la pieza a vacío y se meterá en el horno.
Al someter la pieza a vacío, pueden quedar irregularidades (ya que hay que hacer una bolsa de vacío, y es fácil que quedasen pliegues), por lo que forraremos la barra con un plastico agujereado y una manta, para que al hacer vacío, por el plastico salga la resina sobrante, y esta sea absorbida por la manta y no se cargue la bomba de vacío. Con esto, se elimina el exceso de resina que hemos puesto (mejor que sobre un poco a que falte).
Además, y como esto era didáctico, antes del plastico agujereado, colocamos otro (cuyo nombre no recuerdo) muy irregular al tacto, el cual servirá para que quede una superficie rugosa y tras el curado, podamos añadir otra capa de fibra sin necesidad de lijado, ya que la resina agarrará bien en esa superficie. Esto sirve por ejemplo, para cuando se hacen piezas con múltiples capas y curados, o por si en una pieza va pegada otra.
Gráficamente se entenderá mejor:
Enrollado del plástigo rugoso una sola vuelta (sólo se utiliza si necesario). Enrollado con fuerza y lo más uniforma posible.
Enrollado del plástico agujereado para evacuación de resina sobrante. Poco más de una vuelta para asegurar recubrimiento .Enrollado con fuerza y lo más uniforma posible para evitar pliegues.
Enrollado con una venda elástica para dar consistencia y firmeza al plástio, evitando pliegues (no es la manta absorbente)
Barra preparada con plástico rugoso, con evacuador de resina y con venda para fijar más uniformemente los plásticos.
Preparación de la bolsa de vacío. Con un plástico resistente (sin agujerear y liso esta vez), se corta las dimensiones que sirvan de bolsa, mejor que sobre para evitar pliegues excesivos con aristas. La cinta amarilla (no recuerdo el nombre) es hermética, como chicle, para hermetizar todo el contorno de la bolsa.
Barra sobre la manta en la bolsa.
Manta colocada sobre la barra y asegurada con cinta normal. Chupon sobre lo que sobra de la manta (para que el vacío sea lo más uniforme), ha de sobrar por condiciones de vacío. Inicio del cierre de la bolsa.
Bolsa casi cerrada.
Bolsa cerrada y colocación de la otra parte del chupón (se agujerea sólo lo necesario) y de la toma a la manguera de la bomba de vacío.
Bolsa de vacío terminada y sellada, preparada para conectar a la bomba y meter en el horno para curar.
Tras esto, la bolsa se coloca en el horno y se pone la temperatura y tiempo necesario. Es conveniente que el horno comience a calentarse con la barra dentro, y no meter la barra directamente con el horno caliente. El tiempo de curado ha de ser mayor o igual al que especifica el fabricante, teniendo en cuenta que por cada 10 grados menos de temperatura, será el doble de tiempo. Ante la duda, será mejor dejar el componente más tiempo, ya que por exceso de tiempo no hay problema.
4.- Tras el proceso de curado, se sacará la pieza, se le quitarán todos los envoltorios y ya estará lista. Para estética, si ha quedado algún pliegue o similar, se puede lijar y pulir la resina (ojo, la fibra no), consiguiendo acabados de competición.
EDIT: Al terminar el proceso de curado, el aspecto de la bolsa es de vacío, con manchones de resina en la manta (la sobrante que ha salido por los agujeros del plástico, aunque no se aprecia mucho).
Horno artesanal y tubo "curado" al fondo. Esta era otra barra, cuya toma de vacío era el tubo blanco que se ve.
Tubo tras curado. Se aprecia el vacío que ha quedado. Ya se ha cortado la parte hermética y se procede a sacarlo.
/EDIT:
Siento no tener ninguna imagen del acabado, terminó la curación al día siguiente y olvidé sacar fotos. Si puedo, cuando vuelva por el taller, les saco unas.
CONCLUSIÓN:
El trabajo con fibra de carbono es bastante complejo, ya que para una barra pequeña lleva un tiempo y trabajo laborioso. Cuando no se trada de barras y son, por ejemplo, el monocasco, se ve en la galería de USF1 que necesitan primero hacer el modelo sobre el que irá la fibra, y por supuesto, una bolsa de vacío con múltiples chupones, así como un autoclave (básicamente un horno inmenso):
Imagen de la factoría de USF1 (modelo y posicionamiento sobre el mismo de la fibra de carbono para el monocasco) de la páfina oficial de la Fórmula 1: http://www.formula1.com/gallery/other/2010/430.html
Imagen de la factoría de USF1 (bolsa de vacío con el monocasco en el autoclave) de la páfina oficial de la Fórmula 1: http://www.formula1.com/gallery/other/2010/430.html
Bueno enhorabuena para elq ue haya llegado hasta aquí, espero que no haya sido muy denso. En todo caso ya veis, fibra de carbono, fácil, rápido y para toda la familia xD!
Y bueno, agradecimientos al INSIA (Instituto Universitario de Investigación del Automóvil) sobre todo que es donde se ha hecho, y a Luis Castejón (experto en composites de la universidad de Zaragoza) y su compañero por los medios y enseñanzas.
Si hay dudas o lo que sea, preguntad y lo mejoraré o aclararé o lo que sea.
Gracias por leer y un saludo!!
EDIT: Editado para añadir un par de imágenes que me han pasado. Las imágenes finales de las barras aún se resiste...
Y a seguir currando!
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....que sera lo que fotografio villo en su viaje a italia