Che cos'è la fibra di carbonio?

La fibra di carbonio è esattamente ciò che sembra: fibra di carbonio. Ma queste fibre sono solo una base. Quella che viene comunemente definita fibra di carbonio è un materiale costituito da filamenti molto sottili di atomi di carbonio. Quando legato con resina polimerica plastica mediante calore, pressione o sotto vuoto si forma un materiale composito che è allo stesso tempo forte e leggero.

Proprio come stoffa, dighe di castori o una sedia in rattan, la forza della fibra di carbonio è nella trama. Più complessa è la trama, più durevole sarà il composito. È utile immaginare uno schermo di filo metallico che si intreccia con un altro schermo ad angolo e un altro ad angolo leggermente diverso, e così via, con ogni filo in ogni schermo fatto di fili di fibra di carbonio. Ora immagina questa rete di schermi imbevuti di plastica liquida, quindi pressati o riscaldati fino a quando il materiale non si fonde insieme. L'angolo della trama, così come la resina utilizzata con la fibra, determinerà la resistenza del composito complessivo. La resina è più comunemente epossidica, ma può anche essere termoplastica, poliuretano, vinilestere o poliestere.

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In alternativa, uno stampo può essere colato e le fibre di carbonio applicate su di esso. Il composito in fibra di carbonio viene quindi lasciato indurire, spesso mediante un processo sotto vuoto. In questo metodo, lo stampo viene utilizzato per ottenere la forma desiderata. Questa tecnica è preferita per le forme semplici che sono necessarie su richiesta.

Il materiale in fibra di carbonio ha una vasta gamma di applicazioni, in quanto può essere formato a varie densità in forme e dimensioni illimitate. La fibra di carbonio è spesso modellata in tubi, tessuti e tessuti e può essere personalizzata in qualsiasi numero di parti e pezzi compositi.

Usi comuni di fibra di carbonio

• Componenti automobilistici di fascia alta
• Telai per biciclette
• Canne da pesca
• Suole di scarpe
• Mazze da baseball
• Custodie protettive per laptop e iPhone

L'ipercar Apollo IE. Martyn Lucy / Getty Images 

Ulteriori usi esotici si possono trovare in:

• Aeronautica e industrie aerospaziali
• Industria petrolifera e del gas
• Veicoli aerei senza equipaggio
• satelliti
• Auto da corsa di Formula 1

Alcuni sostengono, tuttavia, che le possibilità per la fibra di carbonio sono limitate solo dalla domanda e dall'immaginazione del produttore. Ora, è persino comune trovare fibra di carbonio in:

• Strumenti musicali
• Mobilia
• Arte
• Elementi strutturali di edifici
• ponti
• Pale di turbine eoliche

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Se si potesse dire che la fibra di carbonio ha delle detrazioni, sarebbe un costo di produzione. La fibra di carbonio non è facilmente prodotta in serie ed è quindi molto costosa. Una bicicletta in fibra di carbonio funzionerà facilmente in migliaia di dollari e il suo uso nell'automotive è ancora limitato alle auto da corsa esotiche. La fibra di carbonio è popolare in questi articoli e altri sono dovuti al suo rapporto peso-resistenza e alla sua resistenza alla fiamma, al punto che esiste un mercato per i sintetici che assomigliano alla fibra di carbonio. Tuttavia, le imitazioni sono spesso solo parzialmente in fibra di carbonio o semplicemente in plastica per assomigliare alla fibra di carbonio. Ciò si verifica spesso in involucri protettivi post-vendita per computer e altri piccoli dispositivi elettronici di consumo.

Il lato positivo è che le parti e i prodotti in fibra di carbonio, se non danneggiati, dureranno quasi letteralmente per sempre. Ciò li rende un buon investimento per i consumatori e mantiene anche i prodotti in circolazione. Ad esempio, se un consumatore non è disposto a pagare per una serie di nuovissimi mazze da golf in fibra di carbonio, è possibile che tali club vengano visualizzati sul mercato secondario utilizzato.

La fibra di carbonio è spesso confusa con la fibra di vetro e, sebbene vi siano somiglianze nella produzione e alcuni crossover nei prodotti finali come mobili e modanature di automobili, sono diverse. La fibra di vetro è un polimero rinforzato con fili di vetro di silice intrecciati anziché di carbonio. I compositi in fibra di carbonio sono più resistenti, mentre la fibra di vetro ha una maggiore flessibilità. Ed entrambi hanno varie composizioni chimiche che li rendono più adatti a diverse applicazioni.

Il riciclaggio della fibra di carbonio è molto difficile. L'unico metodo disponibile per il riciclaggio completo è un processo chiamato depolimerizzazione termica, in cui il prodotto in fibra di carbonio viene surriscaldato in una camera priva di ossigeno. Il carbonio liberato può quindi essere fissato e riutilizzato e qualsiasi materiale legante o rinforzato utilizzato (resina epossidica, vinile, ecc.) Viene bruciato. La fibra di carbonio può anche essere scomposta manualmente a temperature più basse, ma il materiale risultante sarà più debole a causa delle fibre accorciate e quindi probabilmente non verrà utilizzato nella sua applicazione più ideale. Ad esempio, un grosso pezzo di tubo che non viene più utilizzato può essere suddiviso e le parti rimanenti utilizzate per involucri di computer, valigette o mobili.

La fibra di carbonio è un materiale incredibilmente utile utilizzato nei compositi e continuerà a crescere la quota di mercato della produzione. Man mano che vengono sviluppati più metodi per produrre compositi in fibra di carbonio in modo economico, il prezzo continuerà a scendere e più industrie trarranno vantaggio da questo materiale unico.