Tejido multiaxial de fibra de carbono

El tejido multiaxial de fibra de carbono es un tejido compuesto en el que las fibras de carbono están dispuestas en diferentes direcciones (normalmente en múltiples ángulos), normalmente producido por laminación o tejido de múltiples capas. La característica de este tejido es que las fibras están dispuestas en múltiples direcciones, mejorando así las propiedades mecánicas multidireccionales del material compuesto. Se utiliza ampliamente en campos de alto rendimiento como el aeroespacial, la automoción, la energía eólica y los barcos, y es especialmente adecuado para aplicaciones que necesitan soportar fuerzas multidireccionales.

Conceptos básicos

Tejido multiaxial significa que en cada capa del tejido, el ángulo de disposición de las fibras de carbono no es único, sino que están dispuestas en diferentes ángulos, normalmente en direcciones como 0°, 90° y 45°. Las fibras de carbono de cada capa están entrelazadas o dispuestas en paralelo a las fibras de otras capas, de modo que el material compuesto tiene propiedades mecánicas mejoradas en múltiples direcciones.

Tipos comunes: Los tejidos multiaxiales más comunes son:

0°/90° (tejido liso): Las direcciones principales de las fibras de carbono son horizontal y vertical, adecuadas para aplicaciones que soportan tensión en dos direcciones perpendiculares.

±45°: Esta disposición puede mejorar la resistencia al cizallamiento del material compuesto bajo cargas oblicuas.

±45°/0°/90°: Suele ser un tejido multicapa, que cubre las propiedades mecánicas en múltiples direcciones, adecuado para ocasiones en las que se requiere un refuerzo multidireccional en materiales compuestos.

Características

Resistencia multidireccional: El tejido de fibra de carbono unidireccional tradicional proporciona principalmente resistencia en una dirección, mientras que el tejido multiaxial puede proporcionar fuertes propiedades mecánicas en múltiples direcciones. De este modo, el material compuesto puede resistir mejor las cargas en varias direcciones.

Mayor resistencia al cizallamiento: El tejido multiaxial es especialmente adecuado para aplicaciones que requieren resistencia al cizallamiento. Debido al ángulo de disposición de la fibra de carbono, que incluye ±45°, puede resistir eficazmente la tensión de cizallamiento, mejorando así la resistencia al impacto y la resistencia a la tracción del material.

Mejor ductilidad: Como el tejido multiaxial utiliza la disposición de las fibras en diferentes direcciones, tiene mejor ductilidad y tenacidad que el tejido unidireccional tradicional, lo que reduce el riesgo de fractura frágil.

Excelente formabilidad: El tejido multiaxial suele tener mejor conformabilidad, especialmente cuando se fabrican superficies curvas complejas o estructuras con formas específicas, la fibra de carbono puede adaptarse mejor a la forma del molde y reducir la dificultad de conformado.

Ligereza y alta resistencia: Las características de ligereza y alta resistencia de la propia fibra de carbono permiten que los materiales compuestos de tejido multiaxial mantengan características de ligereza a la vez que consiguen propiedades mecánicas multidireccionales.

Campos de aplicación

Debido a sus propiedades mecánicas multidireccionales, el tejido multiaxial de fibra de carbono se utiliza ampliamente en campos que necesitan soportar cargas complejas, especialmente en la industria aeroespacial, automovilística, eólica y otras:

Aeroespacial: El tejido multiaxial de fibra de carbono se utiliza ampliamente en alas de aviones, fuselajes, alerones de cola y otras piezas. Gracias a su excelente resistencia multidireccional y rigidez, puede mejorar eficazmente la resistencia y durabilidad de las aeronaves al tiempo que reduce el peso.

Automóvil: Especialmente en el diseño ligero de coches de carreras, supercoches y vehículos eléctricos, el tejido multiaxial de fibra de carbono proporciona una excelente resistencia y rigidez, ayudando a reducir el peso de la carrocería y a mejorar la seguridad en caso de colisión.

Generación de energía eólica: Las palas de las turbinas eólicas suelen utilizar tejido multiaxial de fibra de carbono porque tienen que soportar cargas multidireccionales de la fuerza del viento. El uso de tejido multiaxial puede mejorar la fuerza, la durabilidad y la resistencia al viento de las palas.

Ingeniería naval y marina: El tejido de fibra de carbono multiaxial se utiliza para fabricar componentes como cascos y plataformas marinas porque deben soportar cargas hidrodinámicas complejas y fuerzas de impacto.

Equipamiento deportivo: como palos de golf, portabicicletas, esquís, etc., la aplicación de tejido multiaxial de fibra de carbono puede proporcionar un equilibrio entre ligereza y resistencia.

Construcción e ingeniería civil: se utiliza para el refuerzo estructural y la fabricación de materiales de construcción de alta resistencia, especialmente en edificios e infraestructuras que deben resistir cargas multidireccionales.

Proceso de fabricación

Tejido o colocación: La producción de tela multiaxial suele adoptar la tecnología de tendido manual, tendido mecánico o tendido con equipos automatizados. La fibra de carbono se coloca en la tela según diferentes ángulos y direcciones.

Colocación manual: adecuada para lotes pequeños y producción de alta precisión, como piezas aeroespaciales.

Colocación mecánica: adecuada para la producción a gran escala, se pueden utilizar equipos mecánicos para colocar las fibras con precisión.

Impregnación de resina: Tras la colocación, es necesario impregnar la tela multiaxial con resina (como la resina epoxi) para mejorar el rendimiento general del material compuesto. La elección de la resina depende de las necesidades del campo de aplicación.

Moldeo por curado: La resina se cura por calentamiento y presurización para obtener un material compuesto de gran resistencia y poco peso. Los métodos de curado habituales son el prensado en caliente y el curado al vacío.

Ventajas y retos

Ventajas:

Rendimiento multidireccional: Puede proporcionar excelentes propiedades mecánicas en múltiples direcciones y es adecuado para aplicaciones con cargas complejas.

Alta resistencia y peso ligero: Las propiedades superiores de la propia fibra de carbono permiten que el tejido multiaxial proporcione una resistencia muy elevada al tiempo que reduce el peso.

Aplicable a formas complejas: El tejido multiaxial tiene una buena conformabilidad y puede adaptarse a las necesidades de fabricación de formas complejas, especialmente en los campos aeroespacial y automovilístico.

Mayor resistencia a los impactos: Debido a la disposición multidireccional de la fibra de carbono, puede absorber y dispersar mejor las fuerzas de impacto, mejorando así la resistencia al impacto del material.

Desafíos:

Coste elevado: Los materiales de fibra de carbono son relativamente caros, por lo que el coste de la tela multiaxial suele ser elevado, lo que puede limitar su aplicación en algunos productos de bajo coste.

Proceso de producción complejo: La producción de tela multiaxial implica el tendido de fibras en múltiples direcciones, lo que requiere un proceso de producción más sofisticado y complejo, así como elevados requisitos de equipamiento.

Elevados requisitos de penetración de la resina: Debido a la estructura multicapa del composite, los requisitos de penetración de la resina son elevados, y cualquier penetración desigual puede afectar a la calidad del producto final.

Desarrollo futuro

Con el continuo avance de la tecnología de fibra de carbono y la reducción gradual de los costes de producción, se espera que el tejido multiaxial de fibra de carbono se utilice en más campos, especialmente para escenarios de aplicación con requisitos más estrictos de alto rendimiento y ligereza. Al mismo tiempo, la tecnología de reciclaje de materiales compuestos también está en constante desarrollo, lo que puede promover aún más la popularización de la tela multiaxial de fibra de carbono en el futuro.

Resumen

El tejido multiaxial de fibra de carbono es un material compuesto que puede proporcionar una gran resistencia y rigidez en múltiples direcciones y es adecuado para aplicaciones que soportan cargas multidireccionales complejas. Su excelente rendimiento hace que tenga un amplio abanico de perspectivas de aplicación en campos de alto rendimiento como el aeroespacial, la automoción, la generación de energía eólica y los barcos. Con el avance de la tecnología, se espera que su aplicación se haga más popular, especialmente hoy en día, cuando la demanda de alto rendimiento y diseño ligero aumenta constantemente.

Especificaciones del producto