Cos’è la fibra di carbonio?
La fibra di carbonio è un materiale composito (ovvero costituito da due o più materiali) costituito da filamenti sottili di carbonio intrecciati all’interno di una matrice di resina, solitamente composta da materiali plastici o metallici. Questo materiale è caratterizzato da una struttura filamentosa in carbonio ed ha ottima leggerezza, resistenza e rigidità.
Per esperienza diretta dello scrivente, il processo di lavorazione è tutt’altro che semplice, in quanto si basa su conoscenza tecnica specifica, ma soprattutto sull’esperienza personale nel processo di laminazione in base alla forma ed alle caratteristiche tecniche tecniche che il prodotto deve soddisfare, oltre a quelle non meno importanti, estetiche.
I manufatti in carbonio sono molto noti per la loro leggerezza, ma anche per il loro caratteristico aspetto estetico che porta i designer a realizzare non solo componenti di carrozzeria di automobili (soprattutto sportive) e moto, ma anche oggettistica e accessoristica (portafogli, porta carte di credito, portachiavi, penne, custodie, ecc…).
Non solo, si pensi anche al settore delle protesi in campo medicale ed alle attrezzature sportive.
Nel panorama industriale italiano non sono molte le industrie che si cimentano in questo tipo di lavorazione che risulta di nicchia e destinato a pochi settori, soprattutto del lusso data la tipologia e peculiarità dell’applicazione e i costi.
In generale la fibra di carbonio può essere utilizzata in settori come l’industria automobilistica e aeronautica, dove si utilizzano materiali leggeri e robusti.
La fibra di carbonio è molto leggera, ma ha un’ottima robustezza. Questa caratteristica la rende particolarmente adatta per applicazioni in cui è cruciale ridurre il peso senza compromettere l’integrità strutturale come ad esempio il settore delle competizioni.
Oltre alle sue proprietà meccaniche, la fibra di carbonio ha eccellenti proprietà termoisolanti e una notevole resistenza alle variazioni di temperatura e agli agenti chimici. La sua capacità di mantenere la forma nel tempo è garantita attraverso l’utilizzo di resine o altri materiali che fungono da matrice, fornendo stabilità e protezione alle fibre durante l’utilizzo.
La sua attitudine per le alte temperature la rende un componente adatto anche per la realizzazione dei terminali di scarico soprattutto del settore motociclistico.
Come si acquista la fibra di carbonio?
La fibra di carbonio si acquista normalmente in rotoli di varia metratura, in funzione del peso al mq e della caratteristica estetica delle fibre.
In commercio si trovano tessuti a secco per laminazione e wrapping e tessuti pre impregnati con la resina.
La denominazione commerciale prevede la tipologia di tessuto: plain o twill (ad esempio), il peso al mq, il numero di filamenti di cui è composto il filo.
Quindi potremmo trovare ad esempio: twill 200g/mq – 3K
Il twill è una tipologia di tessuto abbastanza versatile, si adatta bene per forme complesse e curve e conferisce al prodotto finale un’estetica gradevole.
Il plain è un tessuto stabile adatto maggiormente per la costruzione di lastre e pianali.
Dove si acquista la fibra di carbonio?
D’obbligo il riferimento agli shop online, ma sono disponibili sul territorio negozi commerciali che trattano anche al dettaglio fogli di fibra di carbonio e resina, per piccole lavorazioni.
Negli ebay shop si trovano anche dei kit per il fai da te, molto utili a mio parere per iniziare a conoscere la fibra di carbonio, la sua particolare lavorazione, e iniziare a fare delle esperienze significative con l’impiego dei vari tipi di resina ed indurente.
Questi kit possono comprendere, oltre al materiale di processo, fibra e resina, anche attrezzatura specifica per la laminazione manuale e per quella sottovuoto.
Nelle industrie strutturate si utilizza l’autoclave.
Processo di lavorazione della fibra di carbonio
I processi di lavorazione più conosciuti sono quelli per laminazione e laminazione sottovuoto.
Si parte dall’oggetto da realizzare, costruendo uno stampo. Lo stampo può essere realizzato in vetroresina, oppure in materiale plastico, operazione ormai abbastanza semplice con le moderne stampanti 3D. Utilizzando lo stampo si procede alla laminazione e quindi alla stesura dei fogli di carbonio (tipologia e grammatura da scegliere in funzione delle caratteristiche che l’oggetto deve avere) in numerosità funzione della grammatura e della resistenza del pezzo, nel rispetto del peso che il componente dovrà avere. Si tenga presente che il peso del componente sarà caratterizzato dalla fibra di carbonio, dalla resina, ma anche dal trattamento superficiale finale dato dalla verniciatura.
Inoltre le fibre del foglio di carbonio utilizzato andranno orientate nel modo opportuno per ottenere che la stratificazione di più fogli non mantenga lo stesso orientamento. Come tutti i tessuti la fibra lavora a trazione e non a compressione e pertanto occorre orientare le fibre pensando alle sollecitazioni a cui il componente sarà sottoposto.
A seconda del processo, si procedere con lasciare asciugare il componente per un tempo sufficiente per far indurire la resina, che non dovrà essere quindi appiccicosa, oppure procedere con la laminazione sottovuoto o in autoclave.
Trattandosi di una metodologia basata sull’esperienza, è importante sapere che lo scarto, soprattutto nella fase di studio è rilevante. E questo spiega in parte i costi elevati di questo tipo di produzione. Inoltre proprio nella fase di studio e di testing si vanno a risolvere le problematiche di forma, aspetto estetico e peso, adottando soluzioni ad hoc per il componente da realizzare.
