Os muitos usos e aplicações interessantes dos compósitos de fibra de carbono

 

O que são compostos de fibra de carbono?

Os materiais compósitos consistem em uma fibra de reforço encapsulada em uma resina polimérica. Há diversas formulações de resinas e tipos de fibras usadas em compósitos, mas a fibra de carbono se destaca como um componente encontrado em muitos produtos-de alto desempenho. Em aplicações onde a redução de peso e a criação de alta resistência têm precedência, a fibra de carbono é a escolha de reforço em muitas estruturas de compósitos avançados.

 

A fibra de carbono é encontrada nas estruturas de compósitos onde a resistência e o peso leve são uma vantagem; ele pode ser encontrado em-carros esportivos, carros de corrida, barcos-de alto desempenho, aeronaves e veículos aeroespaciais, equipamentos médicos e equipamentos esportivos, incluindo esquis, pranchas de snowboard, raquetes de tênis, tacos de golfe e centenas de outros produtos.

 

As aplicações para compósitos de fibra de carbono estão crescendo em um ritmo mais rápido do que a economia em geral, à medida que aumenta a necessidade de estruturas leves e avançadas de compósitos. Os economistas prevêem um aumento significativo nas oportunidades da indústria à medida que a tecnologia avança e as aplicações crescem. Interessado em saber como os compostos de fibra de carbono criam produtos de alto-desempenho ou seu papel na economia de energia por meio da redução-de peso? Saiba mais sobre os usos da fibra de carbono e como se envolver no futuro da tecnologia de compósitos.

 

O que é fibra de carbono?

A fibra de carbono, também conhecida como fibra de grafite, é um material forte e leve feito de centenas de filamentos de carbono individuais que são oito vezes mais finos que um fio de cabelo humano. Os filamentos são compostos de átomos de carbono ligados entre si em longas cadeias. Em peso, um compósito de fibra de carbono é cinco vezes mais forte que o aço e duas vezes mais rígido, devido à sua alta resistência à tração.

Como é feita a fibra de carbono?

Os filamentos de carbono começam com um plástico à base de-acrílico conhecido como poliacrilonitrila (PAN). Um processo de várias-etapas começa aquecendo e girando as fibras de poliacrilonitrila (PAN) em filamentos. Esses filamentos são então aquecidos a temperaturas ainda mais altas, de cerca de 3.000 F, passando por oxidação e carbonização que remove elementos não{6}}de carbono e alinha os átomos de carbono em cristais firmemente-compactados. As fibras de carbono resultantes recebem então um tratamento superficial, são reunidas em feixes e enroladas em carretéis. Essas fibras são então agrupadas em feixes maiores, conhecidos como "estopa" de carbono, ou tecidas em tecidos.

 

Como a fibra de carbono é usada?

Os fios de estopa de fibra de carbono ou tecidos são saturados com uma resina polimérica, como epóxi, e moldados em um molde. A resina curada encapsula os filamentos de carbono e cria uma matriz rígida no formato desejado do produto. A combinação da matriz de resina (epóxi) e da fibra de reforço (carbono) cria um material compósito. As características dos compósitos reforçados com fibra de carbono são leveza, rigidez e alta resistência à tração.

 

O Amanhecer da Fibra de Carbono

A história da fibra de carbono remonta ao final do século 19, quando Thomas Edison usou fibras de carbono como filamentos para os primeiros experimentos com lâmpadas. No entanto, foi somente na década de 1950 que as fibras de carbono foram produzidas como um material de alta-resistência.

O uso de fibra de carbono como componente de compósitos começou em 1958. O Dr. Roger Bacon, da Union Carbide, criou fibras de carbono viáveis ​​aquecendo fios de rayon a cerca de 3.000 graus F até que carbonizassem. Este processo foi o precursor do moderno método de produção de fibra de carbono. A década de 1960 viu a primeira produção comercial de fibras de carbono utilizando o processo desenvolvido pela Union Carbide. O potencial das fibras de carbono como reforço composto foi reconhecido e a Rolls Royce começou a incorporá-las em componentes de motores a jato.

Na década de 1970, a indústria aeroespacial impulsionou avanços na tecnologia de compósitos e as aplicações da fibra de carbono tornaram-se melhor documentadas e refinadas. Começou a corrida para aplicar esta tecnologia em estruturas onde a redução do peso e o aumento da resistência eram importantes. Como a fibra de carbono bruta custa mais do que outros reforços de fibra, ela se adaptou a aplicações críticas onde o custo era secundário em relação ao desempenho.

Na década de 1980, ocorreu um impulso significativo nos compósitos de fibra de carbono, à medida que esses materiais começaram a entrar na indústria de artigos esportivos. Esquis, pranchas de snowboard, raquetes de tênis, tacos de golfe, varas de pesca e quadros de bicicletas começaram a apresentar componentes de fibra de carbono por suas características de leveza e alta{2}}resistência. No setor comercial, as indústrias automobilística, automobilística e naval começaram a fazer experiências com fibra de carbono para reduzir o peso dos veículos e melhorar o desempenho. Simultaneamente, as aplicações aeroespaciais e de defesa estavam aprimorando o conhecimento-de engenharia para a aplicação de compósitos de fibra de carbono nas aplicações de mais alto desempenho.

Na década de 1990, o uso de compósitos de fibra de carbono cresceu à medida que os fabricantes encontravam maneiras de reduzir custos e melhorar a qualidade das fibras de carbono. Isto levou a aplicações mais amplas, inclusive nos setores de construção e energia eólica.

A fibra de carbono, como componente básico dos compósitos, tornou-se popular na década de 2000. Esse material não estava mais limitado a aplicativos-de ponta, mas estava sendo usado em uma ampla variedade de setores, desde produtos eletrônicos de consumo até infraestrutura. Nas duas décadas seguintes, compósitos avançados foram usados ​​em aplicações cada vez mais-de alto perfil, como o Boeing 787 e os aviões Airbus A350. A indústria automotiva adotou tecnologia de compósitos-inspirada no automobilismo e barcos-de alta tecnologia de todos os tipos usam compósitos de carbono como estruturas primárias. O advento de ferramentas de engenharia, como análise de elementos finitos e dinâmica de fluidos computacional, está impulsionando-um desempenho e aplicações cada vez maiores para esses materiais compósitos.

 

Algumas aplicações muito legais de fibra de carbono

Hoje, aplicações para compósitos de fibra de carbono aparecem regularmente. Embora no passado a fibra de carbono fosse exótica e cara, agora você pode encontrar fibra de carbono em uma grande variedade de indústrias e produtos, como:

 

Marinho

Os compostos de fibra de carbono têm sido a base das embarcações de corrida de alto-desempenho por várias décadas. Os barcos da Copa América são exemplos de como levar a tecnologia ao limite, com estruturas de fibra de carbono que rivalizam com a construção aeroespacial. Os barcos de produção estão cada vez mais integrando fibra de carbono no processamento de infusão a vácuo com o objetivo de produzir embarcações mais leves e rápidas.

 

Automotivo

A fibra de carbono tem sido cada vez mais adotada na fabricação de automóveis. Esses materiais foram usados ​​​​pela primeira vez nos carros de Fórmula 1 e Indy, que foram os primeiros a adotar a tecnologia aeroespacial. Em seguida, chegou aos carros esportivos exóticos-de alta qualidade e atualmente está chegando aos carros de produção. "Leveza" é um dos principais objetivos do design automotivo para melhorar o desempenho e reduzir o impacto ambiental. A NASCAR recentemente fez a transição para carrocerias compostas para os carros da Cup Series. Essas novas carrocerias provaram ser tão resistentes que mudaram o estilo de corrida porque os carros podem tolerar maiores abusos.

 

Transporte

A indústria de transporte rodoviário utiliza componentes compósitos há décadas para melhorar a aerodinâmica e a economia de combustível. Há uma revolução pendente no design de caminhões pesados ​​que incorporará uma aerodinâmica bastante melhorada e peso reduzido. Essas inovações são baseadas em componentes compostos e em design para reduzir o arrasto aerodinâmico. Estima-se que novos projetos feitos com componentes compósitos leves e elegantes podem resultar em economias de combustível de mais de US$ 50 bilhões por ano.

 

Aeronaves, Aeroespacial e Defesa

Olhando para todo o espectro, desde aeronaves comerciais, aeronaves militares, veículos de lançamento e naves espaciais orbitais, os compósitos de fibra de carbono desempenham um papel cada vez mais importante no cumprimento dos objetivos de desempenho. A engenharia de compósitos tem sido bem desenvolvida nessas áreas e inovações contínuas são anunciadas rotineiramente. Enormes quantidades de fibra de carbono foram alocadas para projetos militares e de tecnologia avançada de defesa classificados. Na área comercial, dezenas de aeronaves elétricas de decolagem vertical (VTOL) estão sendo certificadas ou em desenvolvimento. Todas essas novas aeronaves usam compósitos de carbono como material estrutural primário.

 

Artigos esportivos

Os compósitos de fibra de carbono são encontrados em todo o mundo dos artigos esportivos devido à sua resistência e leveza. Isso inclui: tacos de hóquei, raquetes de tênis, arcos de tiro com arco, tacos de golfe e varas de pesca, esquis, pranchas de snowboard, wakeboards, kitesurf e pranchas de foil. Todos usam fibra de carbono junto com equipamentos de remo e bicicletas.

 

Medicamento

A área médica é outra indústria onde a fibra de carbono teve um impacto significativo nos últimos anos. A fibra de carbono é transparente em imagens de-raios X, o que levou ao seu uso em uma ampla variedade de equipamentos de-raios X e de imagem. A fibra de carbono também é usada em membros protéticos, que são fortes, leves e confortáveis ​​de usar.