Los materiales compuestos reforzados con fibra (FRC) constan de dos o más componentes: una matriz y un refuerzo. La matriz suele ser un polímero, un metal o una cerámica que une el refuerzo y lo protege del daño ambiental. El refuerzo suele ser una fibra —de carbono, vidrio o aramida— que da al compuesto su resistencia y rigidez.
La fabricación de FRC se divide en cuatro pasos principales: preparación de la fibra, preparación de la matriz, impregnación de la fibra y consolidación del compuesto.
Preparación de la fibra
Este paso consiste en elegir el tipo, la forma y la orientación de la fibra utilizada en el compuesto. El tipo de fibra determina las propiedades mecánicas y térmicas del compuesto: resistencia a tracción, módulo, coeficiente de dilatación térmica. La forma de la fibra puede ser continua o discontinua, según la forma y el tamaño deseados del compuesto. La orientación de la fibra puede ser unidireccional, bidireccional o multidireccional, según las condiciones de carga y los requisitos de diseño.
Preparación de la matriz
Este paso consiste en elegir el tipo y la forma de la matriz utilizada en el compuesto. El tipo de matriz afecta a las propiedades químicas y físicas: resistencia a la corrosión, densidad, punto de fusión. La forma de la matriz puede ser líquida o sólida, según el método de procesado y las condiciones de curado. Las matrices líquidas suelen ser polímeros termoestables que requieren calor o agentes químicos para curar y endurecerse; las matrices sólidas suelen ser polímeros termoplásticos o metales que requieren calor y presión para fundirse y fluir.
Impregnación de la fibra
Este paso combina las fibras y la matriz en una preforma o un preimpregnado. Una preforma es un producto semiterminado con la forma y las dimensiones del compuesto final pero aún sin curar ni consolidar. Un preimpregnado es una fibra preimpregnada que está parcialmente curada o estabilizada y puede almacenarse para su uso posterior. Los métodos para impregnar las fibras con matrices incluyen el laminado manual, el laminado por proyección, el bobinado de filamento, la pultrusión, el moldeo por transferencia de resina, la infusión al vacío, el moldeo en autoclave, el moldeo por compresión, el moldeo por inyección y el conformado por estampación.
Consolidación del compuesto
Este último paso aplica calor y presión a la preforma o al preimpregnado y cura y une las fibras y la matriz hasta formar un compuesto sólido. El curado implica reacciones químicas que reticulan las moléculas de la matriz en una red rígida; la unión implica interacciones físicas que adhieren las fibras y la matriz. Este proceso de consolidación determina la calidad y el comportamiento del compuesto: contenido de huecos, distribución de la resina, fracción volumétrica de fibra, resistencia interfacial y tensión residual.