Tubo de fibra de carbono

Los diferentes tipos de tubo de fibra de carbono
Hay dos tipos principales de tubos que cubrimos en este tutorial: tubos pultruidos y tubos envueltos en rollo.
Los tubos pultruidos tienden a tener diámetros más pequeños y proporcionan la máxima resistencia longitudinal posible, pero a expensas de ser más vulnerables al aplastamiento o la fractura por torsión. La superficie interior y exterior de estos son lisas y las fibras son visibles si se miran de cerca. Estos tubos se forman pasando las fibras a través de un baño de resina y calentando una matriz para formar el tubo. Todas las fibras están orientadas a lo largo de su longitud. El proceso de pultrusión significa que los tubos tienen un buen nivel de rigidez pero son fáciles de dividir.

Introducción a las pruebas mecánicas.
El objetivo de estas pruebas mecánicas es proporcionar datos comparativos entre los dos tipos de tubo de fibra de carbono, acero inoxidable 304 y aluminio 6063. Usamos los mismos tamaños de perfil en todas las pruebas, es decir, 10 mm de diámetro exterior y 8 mm de diámetro interior. Esto mostrará el rendimiento entre sí para perfiles idénticos.

Prueba de resistencia a la tracción
Esta es una prueba de tracción simple en la que se tira de los tubos hasta que fallan. Los tubos se tiran hasta su límite elástico y luego se tiran más hasta que se rompen. El límite elástico está indicado por el gradiente constante en el gráfico y cuando comienza a ceder y pasar a la deformación plástica, el gradiente se reduce hasta romperse. Como tal, es mucho más importante tener en cuenta el límite elástico.

Prueba de resistencia a la compresión
Se trata de una prueba de compresión relativamente sencilla presionando el tubo entre dos agarres. Las muestras de metal se comportan más o menos como se esperaba y los tubos de carbono nuevamente fallan en el agarre, lo que demuestra las limitaciones del método de prueba. El tubo de acero es el que mejor se comporta con 1,5 toneladas, seguido por los tubos pultruidos y enrollados con poco menos de una tonelada, y el tubo de aluminio falla con alrededor de media tonelada.

Prueba de rigidez torsional
Estamos comparando los tubos con una carga de torsión conocida para proporcionar datos comparativos hasta que los tubos se resbalen en las empuñaduras o fallen. Es especialmente difícil conseguir un buen agarre en este tipo de pruebas para aguantar hasta el fallo, pero podemos probarlos a un nivel conocido. En este caso 5 newton metros que es lo que puedes lograr con un destornillador, luego continúa hasta que falle la empuñadura o el tubo.

3-prueba de flexión puntual
Esta es una prueba de flexión de 3 puntos para los tubos. Uso de cabezales de herramientas personalizados para mostrar deformaciones elásticas y finalmente plásticas y, finalmente, fallas. Como era de esperar, ambos tubos metálicos fallaron por deformación plástica y flexión. Los tubos de carbono se desviaron antes de fallar debido al agrietamiento y aplastamiento del tubo. El tubo envuelto en rollo tuvo el mejor rendimiento con alrededor de 200 kg, seguido de cerca por el tubo de acero con 175 kg. El tubo pultruido falló con alrededor de 140 kg, seguido por el de aluminio con 50 kg. Esta prueba resalta particularmente el beneficio de las fibras de aro adicionales en un tubo envuelto en rollo en comparación con los tubos pultruidos.

Resultados y consideraciones del tubo pultruido
En este apartado consideramos los resultados y cómo podría influir el uso de este tipo de tubos. En cargas puras de tracción y compresión, estos tubos ofrecen un rendimiento excepcional para su peso. Cargados en toda su longitud, estos tubos pultruidos son casi tan fuertes como puede ser un tubo de carbono, pero esto a expensas del rendimiento de torsión, el aplastamiento y la resistencia a la rotura.

Resultados y consideraciones del tubo envuelto en rollo
En este apartado consideramos los resultados y cómo podría influir el uso de este tipo de tubos. Como se ve en las pruebas de tensión y compresión, estos tubos se comportan casi tan bien como los pultruidos. La prueba de flexión en tres puntos realmente destacó el beneficio de las fibras del aro y la resistencia al aplastamiento que ofrecían sobre los tubos pultruidos. También destacó cómo las fibras del aro mejoran ligeramente la resistencia a la torsión.

Limitaciones de los tubos de fibra de carbono
Aunque el rendimiento de los tubos de fibra de carbono es muy bueno para muchas aplicaciones, también existen limitaciones y usos en los que los tubos de fibra de carbono pueden no ser ideales o adecuados. Cubriremos algunos ejemplos comunes aquí. Un buen ejemplo en el que la fibra de carbono puede no ser adecuada son las aplicaciones a altas temperaturas. La fibra de carbono se deteriorará gravemente por encima de los 120 grados c. No son adecuados para aplicaciones que implican altos niveles de abrasión, como cojinetes deslizantes y casquillos, donde la superficie se desgastará muy rápidamente. El mecanizado de precisión, como el corte de roscas, no funciona bien ya que la rosca sería muy débil; una mejor solución es utilizar un inserto de metal o similar con la rosca en el metal para tales aplicaciones.