As fibras de carbono são um polímero e às vezes é conhecida 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 rígida que o aço, ela é mais leve que o aço; tornando-o o material de fabricação ideal para muitas peças. Algumas das razões pelas quais a fibra de carbono preferida por engenheiros e designers para fabricação
Assim, a fibra de carbono, feita de filamentos cristalinos finos e fortes de carbono que usados para fortalecer o material. Dessa forma, a fibra de carbono pode ser mais fina do que um fio de cabelo humano e ganha força quando torcida como um fio.
Em seguida, pode ser tecido para formar um tecido e, se necessário, para assumir uma forma permanente, a fibra de carbono pode ser colocada sobre um molde e revestida com resina ou plástico.
Além de forte, a fibra de carbono:
- Tem alta rigidez
- Tem alta resistência à tração
- Tem uma relação peso/resistência baixa
- Tem alta resistência química
- A temperatura é tolerante ao calor excessivo
- Tem baixa expansão térmica
Por causa disso, a fibra de carbono é muito popular em muitas indústrias, como aplicações aeroespaciais, automotivas, militares e recreativas.
Uma Breve História da Fibra de Carbono
Primeiramente, a fibra de carbono remonta a 1879, quando Thomas Edison assou fios de algodão ou pratas de bambu em altas temperaturas, que os carbonizou em um filamento de fibra de carbono.
Em 1958, as fibras de carbono de alto desempenho foram inventadas nos arredores de Cleveland, OH. Embora ineficientes, essas fibras continham cerca de 20% de carbono e tinham propriedades de baixa resistência e rigidez.
Por fim, em 1963, um novo processo de fabricação foi desenvolvido em um centro de pesquisa britânico, onde o potencial de resistência da fibra de carbono foi realizado.
Como são feitas as fibras de carbono?
A fibra de carbono é feita de um processo que é parte químico e parte mecânico. Começa puxando longos fios de fibras e depois aquecendo-os a uma temperatura muito alta sem permitir o contato com o oxigênio para evitar que as fibras queimem.
É quando ocorre a carbonização, que é quando os átomos dentro das fibras vibram violentamente, expulsando a maior parte dos átomos não-carbono. Isso deixa uma fibra composta de longas cadeias firmemente entrelaçadas de átomos de carbono com apenas alguns átomos não-carbono restantes.
Uma sequência típica usada para formar fibras de carbono a partir de poliacrilonitrila envolve fiação, estabilização, carbonização, tratamento da superfície e dimensionamento.
Melhorando o processo de produção das fibras de carbono
A fibra de carbono é uma substância notável que se tornou vital na produção de toda uma gama de produtos onde o desempenho mecânico e a redução de peso são requisitos essenciais. Como é frequentemente o caso, no entanto, existem desvantagens. A produção de fibra de carbono requer quantidades significativas de combustíveis fósseis e energia, com t23emperaturas de até 1000°C necessárias para criar o material de fibra. A produção não é apenas altamente complexa, mas também cara, com fibra de carbono até 10 vezes mais cara que o aço.
Uma solução para a crise climática está no topo da agenda de muitos fabricantes, principalmente na preparação para a COP26 em novembro. Com isso em mente, a busca por uma alternativa mais ecológica à produção tradicional de fibras está bem e verdadeiramente em andamento.
Um progresso positivo já foi feito com materiais mais sustentáveis, com a biomassa de madeira se mostrando promissora, tanto em termos de sustentabilidade quanto de desempenho mecânico. A biomassa de madeira contém lignina e celulose, que usadas para substituir a poliacrilonitrila (PAN), um dos principais precursores industriais para a produção de fibra de carbono. É mais sustentável do que os combustíveis fósseis e pode usar resíduos de madeira, como resíduos da fabricação, resíduos pós-consumo e sobras da colheita de madeira.
Embora a biomassa de madeira tenha mostrado um potencial significativo na produção de fibra de carbono, ainda existem desafios antes que ela possa ser usada como uma alternativa viável aos combustíveis fósseis no processo de produção. A alta resistência à tração da fibra de carbono é uma de suas características mais valiosas; no entanto, é também o mais difícil de reproduzir.
Compósitos Sustentáveis – reciclando fibras de compósitos
À medida que aumenta o uso de fibra de carbono, também aumentam os requisitos para os fabricantes garantirem a reciclabilidade de seus produtos. Usando a produção de automóveis como exemplo, pelo menos 95% de um veículo novo, em peso, precisa ser reciclado no final de sua vida útil. Sem uma solução eficaz para a reutilização da fibra de carbono, muitas montadoras podem achar difícil atingir essas metas.
Atualmente, 35% da fibra de carbono acaba em aterros sanitários, sendo apenas 20% reciclado. Esse número piora quando se olha para a fibra de vidro. No entanto, a reciclagem de produtos de fibra de carbono usa apenas 20% da energia necessária para produzi-los em primeiro lugar – então por que mais esforço não está sendo feito para reutilizar materiais de fibra antigos?
A resposta está nas propriedades mecânicas do material que inicialmente emerge do processo de reciclagem. Dessa forma, o primeiro estágio da fibra de carbono reciclada normalmente se assemelha a lã de aço áspera em termos do alinhamento aleatório de suas fibras. Este novo material carece da tão importante resistência à tração que torna a fibra de carbono um produto tão valioso.
No entanto, esse material inicial semelhante à lã pode ser processado em algo que se assemelha muito à fibra de carbono tradicional em termos de aparência e desempenho, recuperando muitas das propriedades necessárias para uso industrial.
Referências:
- https://www.innovativecomposite.com/what-is-carbon-fiber/
- https://www.fibrwrap-ccuk.com/carbon-fibre-strengthening/
- https://www.themanufacturer.com/articles/creating-a-sustainable-future-carbon-fibre/
