La producción y fabricación de materiales reforzados con fibra de carbono se compone principalmente de tres procesos clave: la preparación del precursor de fibra de carbono, el tratamiento de carbonización y el moldeo de materiales compuestos.

Los avances tecnológicos en cada etapa están impulsando la evolución y modernización de esta industria.

En la etapa de preparación del precursor, los materiales tradicionales basados en poliacrilonitrilo (PAN) presentan problemas como una distribución desigual de resistencia y un elevado contenido de impurezas.

El nuevo proceso de polimerización, mediante el control preciso de la proporción de monómeros (relación acrilonitrilo/comonómero de 92:8) y la velocidad de hilado (1500 metros por minuto), aumenta la resistencia del precursor a más de 8 GPa y reduce el contenido de impurezas por debajo del 0,1 %.

Esto proporciona una base de alta calidad para el posterior proceso de carbonización.

La transformación continua del proceso de carbonización también ha logrado avances significativos.

La adopción de hornos de carbonización de tres etapas —horno de preoxidación (200–300℃), horno de carbonización a baja temperatura (400–800℃) y horno de carbonización a alta temperatura (1200–1500℃)— ha sustituido a los equipos tradicionales de tipo discontinuo.

Como resultado, el ciclo de carbonización se reduce de 8 horas a 2,5 horas, mientras que la variación del módulo de la fibra de carbono se controla dentro de ±5 GPa, mejorando considerablemente la estabilidad del producto.

El desarrollo diversificado de tecnologías de moldeo compuesto satisface diferentes necesidades

La evolución de las tecnologías de fabricación de materiales compuestos permite adaptar los productos a diferentes escenarios de aplicación.

El proceso de moldeo en autoclave es adecuado para componentes de alto rendimiento en sectores como la industria aeroespacial.

Mediante la combinación de una presión de 0,5–0,8 MPa y una temperatura de 120–180℃, la fracción volumétrica de fibra alcanza el 60–65 %, garantizando propiedades mecánicas uniformes.

El proceso de pultrusión permite una producción a gran escala.

Para productos largos como tubos y perfiles, puede alcanzar una velocidad de fabricación de 1–2 metros por minuto, con un error de rectitud inferior a 0,1 mm/m.

El proceso de bobinado filamentario se utiliza principalmente en la fabricación de recipientes de alta presión.

Mediante el control preciso del ángulo de bobinado (ajustable entre 15° y 90°) y la tensión aplicada (50–200N), la resistencia a compresión del recipiente puede alcanzar tres veces la de los materiales metálicos tradicionales, reduciendo además el peso en un 40 %.

Además, la aplicación de equipos automatizados de moldeo, como sistemas robóticos de colocación de fibra, aumenta la eficiencia de producción en un 30 % y reduce los costes laborales en un 25 %.

Esto impulsa la transformación de los materiales reforzados con fibra de carbono desde productos de “nicho de alta gama” hacia materiales más accesibles para aplicaciones generales.