FIBRA DE CARBONO

Nome: Luan Rosa

Curso: Mecânica

Módulo: I

  

HISTÓRIA DA FIBRA DE CARBONO

Thomas Edson foi o primeiro a produzir intencionalmente filamentos de

carbono pela pirólise do algodão para filamentos de lâmpadas

incandescentes em 1878. Mais de 80 anos depois, o excelente desempenho

de suas propriedades mecânicas foi demonstrada pelo crescimento de

whiskers de grafite com resistência à tração de 2,0 GP a e módulo de

rigidez de 800 GP a . A primeira fibra contínua comercial foi produzida nos

anos de 1950 pela carbonização de rayon sintético para aplicações em

mísseis em temperaturas elevadas. Entretanto a conversão do rayon em

fibra de carbono não foi eficiente por causa do baixo rendimento de

carbono, além de resultar em fibras com baixas propriedades mecânicas.

Em meados da década de 1960, no Japão e na Inglaterra foi desenvolvidoum processo mais eficiente de produção de fibras de carbono utilizando-se poliacrilo-nitrila (PAN). Este processo é utilizado hoje em dia por mais de 90% da produção de,0 fibras de carbono comercial. Durante as últimas décadas, o processo tem sido melhorado em sua eficiência para aumentar a resistência das fibras, o seu módulo, resistência à manipulação e diminuir deformações e falhas.

FABRICAÇÃO

Para a produção de fibras carbônicas o método

utilizado é chamado pirólise, ou seja, a

decomposição pelo calor, de algum material rico em

carbono que retém a sua forma fibrosa através de

tratamentos térmicos que resultam em carbonização

com alto resíduo carbonáceo. Os materiais

carbonáceos podem ser naturais ou sintéticos e são

utilizados como "fibra precursora".

Ao se desenvolver estas matérias primas iniciando-se na década de 1950 até o final da década de 1960, chegou-se à produção de fibras carbônicas de alta resistência à tração e tensão mecânicas.O processo se inicia com um pré- tratamento onde a matéria prima recebe tensões mecânicas que provocam o seu alongamento utilizando vapor. Em seguida vem a etapa de onde ocorre a conversão de um precursor polimérico. Seguindo-se ao aquecimento constante e controlado até em torno de 250°C aproximadamente. Em seguida é necessária a sua estabilização físico-química. Isto ocorre através do surgimento de ligações transversais entre as cadeias moleculares. Após o processo de pirólise vem o processo de "grafitização". Este consiste num tratamento térmico que oscila entre 2.000°C e 3.000°C e proporciona uma "cristalização" ordenada os cristais de carbono no interior da fibra.

Para fazer a coisa certa, é necessário ter certeza que todos os fios estão fazendo a sua parte. “É preciso se preocupar se as fibras estão todas paralelas e igualmente esticadas”, explica Rob Klawonn, presidente da fábrica de fibra de carbono Toho Tenax America. Um fio ondulado em um entrelaçado de fios faz com que o fio esticado mais próximo tenha que se esforçar mais, e este fio reto vão acabar se quebrando antes. Para compensar a possibilidade de existir um entrelaçado imperfeito, os fabricantes podem incluir dez por cento a mais de fibras do que o necessário, apesar do incremento no preço.

Sozinhos, porém, estes entrelaçados não são o material forte que os fabricantes precisam. Eles são um reforço, da mesma forma que o aço é um reforço para o concreto. Atualmente, a fibra de carbono funciona em conjunto com uma resina termo fixa. Juntos, eles formam um composto que pode ser manipulado para assumir um determinado formato. O problema é que, depois de moldada e curada em uma autoclave, é impossível modificar o formato sem prejudicar a integridade estrutural do produto. Um pequeno erro pode significar um desperdício grande inclusive de tempo. A termo fixação demora cerca de uma hora, um tempo longo considerando quanto demora para a indústria automotiva fazer os painéis.Por isso, não basta uma pequena modificação ou melhoria para jogar a fibra de carbono em uma faixa de preço mais baixa. É preciso uma revolução completa no sistema de fabricação. Mas, sendo isso algo com um prospecto de retorno financeiro tão alto, a indústria está se mexendo.

UTILIZAÇÃO

Estes materiais compósitos, também designados por Materiais plásticos

reforçados por fibra de carbono ("CFRP - Carbon Fiber Reinforced Plastic)"

estão neste momento a assistir a uma demanda e um desenvolvimento

extremamente elevados por parte da indústria aeronáutica, na fabricação de

peças das asas, na indústria das bicicletas na construção de todo o tipo de

peças desde quadros, guiadores, selins, rodas e até mesmo travões de disco

em fibra de carbono e transmissões; na formula 1 e nas superbikes a estrutura

principal das máquinas é de fibra de carbono; e basicamente em todos os

desportos de competição que a fibra de carbono tem dado resposta à

necessidade e procura constante de materiais cada vez mais leves e mais

resistentes.

As estruturas dessa fibra sofrem diversas variações desde a sua descoberta, muitos pesquisadores vem tentando determinar uma estrutura conveniente. Para descrevê-la, porém, a maioria desses grupos de cientistas tem concluído que a estrutura depende do material utilizado para a carbonização.  Existem duas teorias a esse respeito formuladas, sendo a primeira enunciando uma fibra formada pelo empilhamento de fitas carbônicas e uma segunda enuncia a formação por meio de microfibras que são a união de diversos conjuntos de fitas de carbono, sendo este modelo mais aceito e adequado para explicação das fibras em função de sua resistência mecânica, térmica e a tensão. As fibras carbono apresentam grupos funcionais em sua superfície, possibilitando seu uso como condutor eletrolítico; os grupos vão desde ácidos carboxílicos a aromáticos.

Fibra de carbono comparada a um fio de cabelo .