Si comprende cómo se fabrican el cable y la tela de fibra de carbono, sabrá que es un proceso complejo y que consume mucha energía que requiere alinear los átomos de carbono, someterlos a altas temperaturas y luego recubrirlos con un producto químico para ayudar a que la resina se adhiera. Pero, ¿cómo esas fibras y telas se convierten en tubos compuestos?
Es fácil observar una sección transversal de un tubo compuesto y suponer que se trata de una construcción de una sola pieza. El producto terminado ciertamente es una sola pieza, pero eso es solo porque la resina y el proceso de curado unen todo. Esa sección de tubería no comenzó como una sola pieza. Comenzó con múltiples capas de fibra o tela que se combinaron con resina para crear el tubo terminado.
Hay cuatro procesos principales para crear tubos compuestos. Estos son:
1. ENVOLTURA EN ROLLO
La envoltura de rollos generalmente se realiza con un producto preimpregnado para garantizar la consistencia. Un preimpregnado es un producto compuesto que consiste en tela o fibra ya impregnada con la resina epoxi necesaria para mantener todo unido.
El material preimpregnado se corta en capas de diferente orientación de fibra. Esas capas luego se enrollan en una varilla cilíndrica conocida como mandril. Luego, el mandril y el preimpregnado se envuelven en una película de plástico para contener la resina epoxi y comprimir las capas durante el curado. Una vez que se completa el curado, se retira el mandril del centro del tubo terminado.
El enrollado en rollo da como resultado la máxima consistencia en los tubos de fibra de carbono y fibra de vidrio. El proceso también permite una mayor personalización en términos de configuración de fibra/mandril y cantidades de producción. La envoltura en rollo es el proceso preferido para producir tiradas pequeñas.
2. BOBINADO DE FILAMENTOS
El proceso de bobinado del filamento comienza con un cable compuesto de fibra de carbono, fibra de vidrio o un híbrido de fibra de carbono y fibra de vidrio. El cable se carga en varios carretes en la parte trasera de la bobinadora. En la parte delantera hay un mandril largo que actúa como forma para el tubo.
Para crear la tubería, un carro sube y baja a lo largo de la máquina mientras el mandril gira. Las estopas se aplican al mandril en un patrón en espiral como la raya en un bastón de caramelo. El ángulo de la espiral se puede ajustar, así como cuántas espirales se necesitan para hacer una capa. Una vez formado completamente, el tubo se cura antes de separarse del mandril.
El bobinado de filamentos está más automatizado que el enrollado en rollo y, por lo tanto, es una forma más rentable de producir grandes volúmenes de tubos compuestos en poco tiempo. La personalización suele ser más fácil con la envoltura en rollo, ya que la fibra y la resina se pueden mezclar y combinar en la bobinadora en lugar de hacerlo durante el proceso de preimpregnación.
3. PULTRUSIÓN
El proceso de pultrusión recibe su nombre de la combinación de los principios de tracción y extrusión. Donde la extrusión fuerza el material a través de un troquel empujándolo, la pultrusión logra lo mismo tirando del material a través del troquel. La tubería pultruida se crea tirando de fibra de carbono o fibra de vidrio a través de una matriz calentada mientras se impregna con resina epoxi. El material se coloca sobre un mandril que asegura que mantenga su forma durante el proceso de curado.
La ventaja de este proceso es que produce una longitud de tubería continua y unidireccional que se puede cortar a medida después del curado. Dado que la pultrusión está altamente automatizada, es un proceso de producción mucho más rentable que el enrollado de rollos o el bobinado de filamentos. La pultrusión facilita la producción de tubos en varias longitudes y espesores simplemente cambiando el mandril y la matriz.
La desventaja de la pultrusión es que todas las fibras están orientadas a lo largo del eje del tubo. Tener todas las fibras en una dirección significa que el tubo es muy bueno en tensión, pero puede dividirse fácilmente en compresión o torsión. La búsqueda de un proceso automatizado que pueda producir tubos equilibrados nos lleva al trenzado.
4. TRENZADO
El trenzado es una extensión de la pultrusión. Este proceso es esencialmente el mismo que la pultrusión con una característica adicional: las fibras se trenzan juntas a medida que pasan a través de la matriz calentada y hacia el mandril. Se pueden hacer capas de diferentes ángulos variando la trenza, e incluso se pueden insertar capas unidireccionales.
Tanto la pultrusión como el trenzado crean productos terminados con una alta rigidez y relaciones de resistencia a peso. Pero la principal ventaja del proceso de trenzado es que crea un tubo más equilibrado que funciona bajo una amplia gama de cargas. También agrega un elemento de belleza estética ya que la trenza está más en línea con el aspecto tradicional de "fibra de carbono". Y dado que este proceso está altamente automatizado, como la pultrusión, los tubos trenzados suelen ser menos costosos que los productos enrollados en rollo o en filamentos.
