¿Qué es el carbono?
Cuando se habla de carbono normalmente nos referimos a compuestos de fibra de carbono, y en nuestro caso nos referimos al material con el que se fabrican la mayoría de los chasis (frames). Estas fibras van insertadas en una matriz de plástico (polímero) . Las fibras de carbono son fabricadas industrialmente a partir de materias primas que contienen carbono, a las cuales, mediante tratamientos térmicos, se les da una ordenación cristalina similar a la del grafito. Las fibras de carbono son extremadamente ligeras y cuentan con una enorme resistencia a tracción. Para uso técnico, finísimos filamentos de tan solo 5-8 µm de espesor son insertados en matrices plásticas, bien de forma trenzada o dispuestos unidireccionalmente.
Las primeras piezas de plástico reforzado con fibra de carbono (crp) aparecieron en los últimos años de la década de los ochenta, hasta entonces eran fabricadas con fibras de carbono “secas”, las cuales eran luego empapadas en resina líquida.
Algún tiempo después se hicieron populares las llamadas “Prepregs”, abreviatura de preimpregnadas. Estas Prepregs son inmersas en una matriz plástica húmeda, que permite una mayor calidad del laminado con una distribución de la resina incluso mejor.
Con el transcurso de los años, la calidad de las materias primas, de las fibras en particular, fue mejorando, y con ello la calidad de los productos. La evolución de la calidad de las fibras desde el año 2000, por ejemplo, ha hecho incrementar la resistencia a tracción hasta el doble.
¿Qué hace tan especial al carbono?
Las fibras de carbono, y los productos fabricados con ellas se caracterizan por una sobresaliente resistencia y rigidez, siendo al mismo tiempo extremadamente ligeras. Las fibras de carbono poseen una característica llamada anisotropía. ¿Qué significa esto? Los metales, por ejemplo, soportan las cargas por igual en cualquier dirección. Esta propiedad se denomina isotropía. Sin embargo, los plásticos reforzados con fibra de carbono soportan las cargas mucho mejor en la dirección de las propias fibras que en la dirección perpendicular a éstas. Trabajan excelentemente bajo cargas de tracción, pero no tanto con fuerzas de compresión. Esta variación de las características en función de la dirección se denomina anisotropía.
La anisotropía de las fibras puede en cambio resultar una ventaja. Si analizamos las cargas a las que se verá sometida una pieza, y éstas resultan ser mayoritariamente en una determinada dirección, podemos orientar las fibras en esa dirección, de modo que optimizamos la cantidad de material necesario y con ello el peso. Para ello es necesario un riguroso y profundo conocimiento de las cargas y tensiones que una pieza en particular deberá soportar, y realizar la disposición de las fibras teniendo en cuenta esos factores. Tan solo la experiencia trabajando este material a lo largo del tiempo permite adquirir el conocimiento necesario para optimizar el tipo fibra de carbono y la disposición del material para optimizarlo para su utilización en cada caso concreto.
¿Cómo se instalan las piezas de carbono?
Las fibras de carbono soportan bien las fuerzas de tracción. Los esfuerzos de flexión también incluyen fuerzas de tracción, por ello no suponen un problema para el carbono. La ventaja de la fibra de carbono resulta menos evidente cuando las cargas se producen en varias direcciones. Los puntos críticos son aquellos en los que las piezas son sometidas a compresión, tal y como sucede en las zonas de apriete.
Por ello, hay que analizar estos esfuerzos y reforzar las piezas en las zonas necesarias. Puesto que no deseamos añadir peso en exceso es fundamental delimitar las zonas donde se puede realizar el apriete. Por lo tanto es imprescindible respetar los pares de apriete máximos recomendados y no apretar las piezas fuera de la zona reforzada y delimitada para ello. ¡Aunque la fibra de carbono puede ser muy resistente, tiene su talón de Aquiles en las fuerzas de apriete!
En nuestro hobby (frames) el objetivo es combinar una construcción inteligente con un peso muy reducido. Para ello es extremadamente interesante elegir diseños de chasis de acuerdo a nuestra demanda y al uso que se les dará. El peso del chasis y el tipo de vuelo practicado es tan importante como el tipo mas usual de golpe que nuestro chasis va a recibir. Las piezas personalizadas (formas y diseños) no sólo consisten en realizarlas con una medida y diámetro en concreto, el aspecto más importante es la disposición de las capas de fibras, lo cual convierte a cada pieza en única. Todos y cada uno de los chasis deben ser meticulosamente fabricados a mano (mecanizado manual) con una disposición específica de las capas de fibras para adaptarse a nuestras necesidades. Esta particular disposición de las fibras permite ahorrar peso, siempre con el suficiente margen de seguridad como para soportar cargas más elevadas de lo usual en los puntos críticos.
El tipo de fibra y donde esté fabricada, determina su calidad final. No es lo mismo comprar la fibra en China que en Japón, Alemania o España.
Ente un tipo de fibra (solo las fibras) y otro, puede haber en el resultado final hasta un 50% mas de resistencia, aunque aparentemente sean iguales.
El factor K - ¿Qué es 1K, 3K y 12K?
En los últimos tres años se han comenzado a utilizar en el mercado términos como 1K o 3K cuando se habla del carbono. Esto se refiere al número de minúsculas fibras (filamentos) usados en cada trenza. 1K significa 1000 filamentos, 3K 3000, y así sucesivamente. Estas trenzas son después entrelazadas biaxialmente para fabricar piezas de carbono. La diferencia entre ellas es básicamente estética.
UD - ¿De qué se trata?
UD es la abreviatura de unidireccional. Esto significa que todos los filamentos están dispuestos en la misma dirección, sin entrecruzarse o entrelazarse. Los conceptos de 1K,3K o 12K no son relevantes aquí, lo único relevante en este tipo de construcción es el número total de fibras usadas, lo cual se mide por el peso de los filamentos por unidad de área, algo de lo que no se suele hablar por lo general.
La configuración UD se diferencia de la entrelazada no sólo en su apariencia, sino también por sus propiedades mecánicas: cuando las fibras son entrelazadas se curvan ligeramente para formar el tejido. Esto reduce ligeramente su resistencia a tracción debido a que no van colocadas tan rectas como sería ideal. Sin embargo, el entrelazado de los filamentos previene mejor las posibles rupturas del material en algunos casos.
En nuestro caso la elección correcta sería elegir un frame que utilice fibras entrelazadas en lugar de unidireccionales, aunque como hemos visto en algunos casos podría ser lo idóneo si se aplica con conocimiento de causa y en le lugar correcto.
¿Superficie del chasis brillante o mate?
La superficie de algunos frames no son tan brillantes y pulidas como las de algunas piezas fabricadas en China. Hay una razón para ello: Los chinos pintan las superficies de las piezas.
La pintura no hace en absoluto más resistente la piezas, aunque sí añade peso. La mayoría de las veces el brillo no dura mucho tiempo, ya que la pintura es sensible a los golpes y a los agentes químicos. Utilizar resina epoxy en cambio, es mucho más resistente que la pintura, aunque no queda tan "brillante" en su acabado, aun utilizando moldes pulidos hasta lograr un brillo tipo espejo para fabricar las planchas de fibra de carbono.
