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Fibra de carbono 1: Filamentos ó mechas.

En varias entradas intentaré explicar de una forma comprensible todo el largo y complicado proceso de fabricación de los cuadros y componentes de fibra de carbono.

La fibra de carbono es un material compuesto y sintético, cuatro veces más ligero y flexible que el acero, con igual resistencia, no se oxida, es muy absorbente y al que fácilmente podemos darle múltiples formas. Tiene la carga de rotura muy cerca de su límite elástico, con lo cual despues de haberle aplicado presión, siempre vuelve a su posición original, sin deformarse o doblarse,  a no ser que con dicha presión se sobrepase la carga de rotura.  Estas caracteristicas hacen que sea un material ideal para la fabricación de componentes de alta tecnología y porque no, bicicletas.

Está formado por una combinación de tejidos compuestos por hilos a su vez formados por filamentos de carbono,  actuando a modo de refuerzo,  aportando resistencia y flexibilidad, con una resina termoestable que une las fibras y las protege transmitiendo las cargas por todo el material.

El tejido está compuesto por hilos de diferentes grosores en función de la cantidad de filamentos que se junten, entrelazados entre sí de múltiples formas.

Las fibras o filamentos que componen los hilos provienen de un complejo proceso de producción:

  • Mezclar varios polímeros con alta concentración de carbono como poliacrilonitrilo, metil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato y cloruro de vinilo, todos ellos provenientes del petróleo. A este precursor se le denomina PAN.
  • Aplicar temperatura en  diversas fases:
  1. 200º – 300º mientras son estiradas para estabilizar y orientar las moléculas evitando que se fundan el el siguiente proceso.
  2. 1000º en atmosfera inerte para eliminar las moléculas de nitrógeno e hidrógeno y reorientar las moléculas exagonales de carbono longitudinalmente a lo largo de todo el filamento.
  3. 2.000º y superior,  para aumentar los cristales de carbono y mejorar la orientación de los anillos de la fibra.
  • Aplicar un catalizador para facilitar la adhesión de la resina.
  • Finalmente trefilarlo hasta conseguir un filamenteo de entre 3 y 5 micras (milésima parte de un milímetro) cinco veces más finos que un cabello humano.
filamento de carbono sobre un cabello humano

comparativa de filamento de carbono con un cabello humano

forma tubular de un filamento de carbono, pueden observarse los enlaces moleculares.

En resumen: la fibra de carbono se produce quemando controladamente el oxígeno, nitrógeno y otros elementos diferentes al carbono de la fibra precursora, PAN, dejando solo el carbono en el material, de una pureza entre el 93 y el 100% dependiento del uso que pretenda darse a la fibra.

Su clasificación más conocida basada en su elasticidad sería la siguiente:

alargamiento a la rotura:

  1. LM     : bajo módulo                                    1.6
  2. SM     : standar módulo                              1.3 – 2.0
  3. IM     : intermedio módulo                       0.7-1.0
  4. HM    : alto módulo módulo                     0.9
  5. UHM : ultra alto módulo                           0.3-0.4

La más utilizada en la fabricación de cuadros de bicicleta de alta gama es:

HM alto módulo.

Los principales fabricantes de fibra de carbono son los siguientes:

  • Toray (el más conocido en la industria ciclista)
  • Toho-Tenax
  • Mitsubishi
  • Rayon Co
  •  SGL
  • Hexcel
  • Cytec
  • Zoltec

Miguel Blando.

 

 

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-Ciclos Blando-