¿Qué son los Tubos CFRP?
Los tubos CFRP son tuberías tubulares que utilizan plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). Esta es la abreviatura de Fibre Reinforced Plastics. La resina está reforzada con fibras de carbono y tiene una resistencia específica y un módulo inelástico elevado.
Por ello, los plásticos reforzados con fibra de carbono se utilizan en la exploración espacial y en componentes aeronáuticos.
Otros tipos de plásticos reforzados son el FRP (Fibre Reinforced Plastics) y el GFRP (Glass Fibre Reinforced Plastics), que tienen propiedades físicas diferentes según la composición y el contenido de fibra de carbono.
- FRP
El FRP es un material compuesto en el que se aumenta la resistencia añadiendo fibras de vidrio con un módulo de elasticidad alto a un plástico con un módulo de elasticidad bajo.
- GFRP
El GFRP es un material compuesto fabricado mediante la solidificación de fibras de vidrio con resinas como el éster vinílico o el epoxi. Se vende a un coste inferior al de otros plásticos reforzados.
Usos de los Tubos CFRP
Los tubos CFRP se utilizan para antenas, vallas, postes, ejes, cañas de pescar y tubos para piernas protésicas.
En general, el CFRP tiene un coeficiente de dilatación térmica bajo, inferior a 3 ppm.
Por eso se utiliza en telescopios astronómicos y marcos de plantillas de inspección.
Y tiene excelentes propiedades de amortiguación de vibraciones, con una rigidez específica aproximadamente cinco veces superior a la del acero. Entre los productos que incorporan estas ventajas se encuentran las manos de transferencia de paneles LCD y los robots de enlace paralelo.
También se utiliza en carcasas de baterías para satélites artificiales debido a su amplia gama de alta conductividad térmica, que oscila entre 2 y 300 W-m/°C.
Además, sus propiedades antimagnéticas, de resistencia a la corrosión y de conductividad lo hacen adecuado para su uso en carcasas de motores lineales, refuerzos sísmicos, depósitos industriales y componentes antiestáticos.
Principios de los Tubos CFRP
Los tubos CFRP se fabrican mediante dos métodos principales: Filament Winding (FW) y Sheet Winding (SW).
- ¿Qué es el FW?
En el FW, los rovings (haces de fibras de carbono) se impregnan con resina líquida y se enrollan alrededor de un mandril giratorio (molde).
- ¿Qué es el SW?
El SW es un método en el que el preimpregnado (una lámina de fibra de carbono impregnada de resina) se enrolla alrededor de un mandril, que luego se envuelve con cinta termorretráctil antes de calentarse y curarse en un horno o similar.
Por lo general, el CFRP no tiene las mismas prestaciones y funciones de producto estándar que el FRP.
Por lo tanto, no existen productos estándar para los materiales de CFRP y los materiales se utilizan según el diseño y la fabricación, aprovechando el rendimiento y la función de las fibras de carbono.
Esto diferencia al CFRP de los metales y los plásticos, en los que el diseño del material es esencial a la hora de fabricar los productos.
Además, el apilamiento simétrico en espejo se utiliza principalmente como método básico de apilamiento para el CFRP. Este método de laminación evita la distorsión térmica durante el enfriamiento tras el curado.
Los tubos CFRP se orientan en cada una de las direcciones de altura y anchura con referencia al centro de la sección transversal del tubo.
Tipos de CFRP
El CFRP es un producto fabricado con fibras de carbono moldeadas con resina, que puede dividirse en dos tipos en función de la resina de base: CFRP termoendurecible (CFRTS) y CFRP termoplástico (CFRTP).
- CFRP Termoendurecible
El CFRP termoendurecible se forma procesando una lámina de fibra de carbono impregnada de resina epoxi (preimpregnado) al tamaño requerido, curándola por calentamiento, colocando las fibras de carbono en un molde sellado y vertiendo la resina epoxi. Este método se denomina moldeo por transferencia de resina (RTM).
- CFRP Termoplástico
El CFRP termoplástico utiliza polipropileno o materiales similares como material de base, y se forma calentando el preimpregnado, ablandándolo y prensándolo. También puede utilizarse el moldeo por inyección como método alternativo.
Dado que la producción en serie requiere tiempos de moldeo cortos, se está desarrollando tecnología tanto para CFRP termoestables como termoplásticos.
Además de los ya mencionados, se están estudiando muchos otros tipos de materiales de base para el CFRP.
Por ejemplo, la resina acrílica (PMMA), el nailon 6 (PA6), la poliamida (PA66), el policarbonato (PC), el sulfuro de polifenileno (PPS) y la polieteretercetona (PEEK) se encuentran entre las resinas termoplásticas, mientras que la resina epoxídica (EP) se encuentra entre las resinas termoestables. Entre las resinas termoestables se encuentran las resinas epoxi (EP).
Características del CFRP
El CFRP tiene muchas propiedades. Por ejemplo, tiene una excelente resistencia química, resistencia a la fatiga, resistencia a la abrasión y resistencia al calor, así como un alto módulo específico y resistencia específica. Además, el CFRP es un material muy ligero.
Comparando algunos materiales, los plásticos básicos tienen un peso específico de aproximadamente 1,0 gramos por centímetro cúbico, el aluminio de unos 2,8 gramos por centímetro cúbico, el titanio de unos 4,5 gramos por centímetro cúbico y el hierro de unos 7,8 gramos por centímetro cúbico.
El CFRP, por su parte, pesa unos 1,8 gramos por centímetro cúbico. Se clasifica aproximadamente en una posición intermedia entre los plásticos básicos y el aluminio.
Por eso se utiliza no sólo en la exploración espacial y la aeronáutica, sino también en equipos deportivos y de transporte.
El CFRP también se utiliza en equipos de rayos X, sustituyendo al aluminio utilizado anteriormente, debido a su alta transmitancia de rayos X.