Fibra de Carbono como é produzida?

A Fibra de Carbono

Fibra de carbono é um polímero e é, por vezes conhecido como fibra de grafite. É um material muito forte que também é muito leve. A fibra de carbono é cinco vezes mais forte que o aço e duas vezes mais rígida. Embora a fibra de carbono seja mais forte e mais rígida que o aço, é mais leve que o aço, tornando-se o material de fabricação ideal para muitas partes. Estas são apenas algumas das razões pelas quais a fibra de carbono é favorecida por engenheiros e designers para fabricação. A fibra de carbono é feita de filamentos finos e cristalinos fortes de carbono que são utilizados para fortalecer o material. A fibra de carbono pode ser mais fina do que uma corda de cabelo humano e obtém sua força quando retorcida como fio. Em seguida, pode ser entrelaçada para formar um pano e, se necessário, para ter uma forma permanente, a fibra de carbono pode ser colocada sobre um molde e revestida em resina ou plástico.

Uma Breve História sobre Fibra de Carbono

A fibra de carbono remonta a 1879 quando Thomas Edison assou fios de algodão ou bambu a altas temperaturas, que os carbonizou em um fio de fibra de carbono. Em 1958, fibras de carbono de alto desempenho foram inventadas apenas fora de Cleveland, OH. Embora fossem ineficientes, essas fibras continham cerca de 20% de carbono e apresentavam pouca resistência e propriedades de rigidez. Em 1963, um novo processo de fabricação foi desenvolvido em um centro de pesquisa britânico, onde o potencial de força da fibra de carbono foi realizado.  

Além de ser forte, a fibra de carbono possui:

Tem alta rigidez / Tem alta resistência à tração / Tem baixo índice de peso para força / Tem alta resistência química / Tolerância de temperatura ao calor excessivo / Tem baixa expansão térmica. Por isso, a fibra de carbono é muito popular em muitas indústrias, como aplicações aeroespaciais, automotivas, militares e recreativas.

O que é Fibra de Carbono?

A fibra de carbono é uma matéria têxtil constituída principalmente por carbono. É produzido fazendo girar vários polímeros à base de carbono em fibras, tratando-os para remover a maioria das outras substâncias e tecendo o material resultante em um tecido. Isso geralmente é incorporado em plástico – tipicamente epóxi – para formar fibra de carbono reforçada com fibra ou fibra de carbono composto. As características mais notáveis do material são a sua alta relação força-peso e sua inercia química relativa. Essas propriedades oferecem uma ampla gama de aplicações, mas seu uso é limitado pelo fato de que é bastante caro.

Fabricação

A produção deste material geralmente se baseia em poliacrilonitrilo, um plástico usado em têxteis sintéticos para vestuário, ou afinação, uma substância semelhante a alcatrão produzida a partir de petróleo. O passo é girado pela primeira vez em mechas, mas o poliacrilonitrilo é normalmente de forma fibrosa para começar. Eles são convertidos em fibra de carbono por aquecimento forte para remover outros elementos, como hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Este processo é conhecido como pirólise. O alongamento das fibras durante este procedimento ajuda a remover as irregularidades que podem enfraquecer o produto final. As fibras em bruto são inicialmente aquecidas a cerca de 590 ° F (300 ° C) no ar e sob tensão, em uma fase conhecida como oxidação ou estabilização. Isso remove o hidrogênio das moléculas e converte as fibras em uma forma mais mecanicamente estável. Eles são então aquecidos para cerca de 1,830 ° F (1.000 ° C) na ausência de oxigênio em uma etapa conhecida como carbonização. Isso remove material adicional sem carbono, deixando principalmente carbono. Quando são necessárias fibras de alta resistência de alta qualidade, ocorre uma etapa adicional, conhecida como grafitização. O material é aquecido entre 1,732 e 5,500 ° F (1.500 a 3.000 ° C) para converter a formação dos átomos de carbono em uma estrutura semelhante à grafite. Isso também remove a maioria dos átomos de carbono não-residuais. O termo “fibra de carbono” é utilizado para material com um teor de carbono de pelo menos 90%. Onde o teor de carbono é superior a 99%, o material às vezes é chamado de fibra de grafite. A fibra de carbono em bruto que resulta não se une bem com as substâncias usadas para produzir compósitos, por isso é ligeiramente oxidado por tratamento com produtos químicos adequados. Os átomos de oxigênio adicionados à estrutura permitem formar ligações com plásticos, como epóxi. Depois de receber um revestimento protetor fino, é tecida em fios das dimensões necessárias. Estes, por sua vez, podem ser tecidos em tecidos, que são geralmente incorporados em materiais compósitos.

Usos

A fibra de carbono é usada em muitas áreas onde é necessária uma combinação de alta resistência e baixo peso. Estes incluem transporte público e privado, como carros, aviões e espaçonaves, equipamentos esportivos, como corridas de bicicletas, esquis e hastes de pesca e construção. A inércia relativa do material torna bem adequado para aplicações na indústria química e na medicina – pode ser usado em implantes, pois não reagirá com substâncias no corpo. Na engenharia civil, determinou-se que velhas pontes podem ser poupadas da destruição e reconstrução através de simples reforços de fibra de carbono, que são comparativamente mais baratos.