Qual é mais à prova de fogo? Fibra de carbono vs. Aramida
Introdução
Quando se trata da área de engenharia de materiais, existem dois materiais que foram extensivamente pesquisados por suas características de resistência e desempenho; fibra de carbono e aramida. Esses dois materiais são amplamente utilizados em diversas esferas, distinguindo-se pela resistência, durabilidade e resistência ao desgaste geral. Nos últimos tempos, tem havido um grande interesse em compreender o desempenho de resistência ao fogo destes materiais e como eles se comportam quando submetidos a testes rigorosos. Embora ambos os materiais tenham sido considerados altamente resistentes ao fogo, este artigo procura examinar de forma abrangente as diferenças entre os dois no que diz respeito às suas propriedades de resistência ao fogo e ao desempenho da fibra de carbono e da aramida em diferentes situações.
Fibra de carbono
A fibra de carbono, também conhecida como fibra de grafite, é uma substância popular amplamente utilizada na indústria aeroespacial, equipamentos esportivos, aplicações automotivas e médicas, entre vários outros campos, devido à sua excepcional durabilidade e resistência (Wang, Gao, & Cheng, 2016) . As fibras de carbono são criadas pela polimerização do acrilonitrila em plantas onde ele é eletrofiado e torcido em microfilamentos, que então sofrem carbonização. Este processo envolve submeter os filamentos a temperaturas extremas de até 2.400 graus, levando à produção de átomos de carbono puro dispostos em uma estrutura cristalina. O resultado é um material que apresenta alta resistência à tração, baixa expansão térmica e alta resistência à corrosão química (Wang, Gao, & Cheng, 2016).
Além de suas propriedades mecânicas excepcionais, a fibra de carbono é conhecida por sua capacidade de tolerar altas temperaturas. É considerado estável até 400 graus no ar e pode resistir até 1,000 grau no vácuo sem mostrar quaisquer sinais de danos (Abdallah et al., 2018). No entanto, uma vez expostas a uma chama direta, as fibras de carbono se quebram, normalmente resultando em derretimento ou ignição. Isso ocorre porque em temperaturas acima de 400 graus, os átomos de carbono nas fibras de carbono reagem com o oxigênio atmosférico para produzir monóxido e dióxido de carbono, o que leva à combustão do material.
Aramida
Fibras de aramida ou aramidas são fibras sintéticas de alto desempenho utilizadas extensivamente em diversas aplicações que exigem alta resistência, durabilidade e resistência a elementos externos. O tipo mais comum de aramida é a poli-p-fenileno tereftalamida, mais conhecida como Kevlar, introduzida em 1971 pela DuPont. as fibras de aramida são produzidas pela polimerização de moléculas usando uma reação de duas etapas que inclui primeiro a criação de um polímero líquido cristalino por meio da solubilização e posteriormente da fiação na forma de fibra. As fibras acabadas distinguem-se pela sua elevada resistência à tração, baixo alongamento na ruptura e resistência à abrasão e ao impacto (Zhou et al., 2018). As fibras são conhecidas pela sua excepcional estabilidade térmica e podem suportar temperaturas de até 300 graus sem danos.
Ao contrário da fibra de carbono, a fibra de aramida também é retardadora de chamas, característica que a coloca à frente de outros materiais em termos de resistência ao fogo. Quando as fibras de aramida entram em contato com uma fonte de calor, elas passam por um processo conhecido como degradação endotérmica, que faz com que as fibras se decomponham sem liberar gases combustíveis (Zhou et al., 2018). Devido à ausência de gases combustíveis, a taxa de transferência de calor para o substrato quando as fibras de aramida sofrem fogo é baixa, resultando em intensidade reduzida e danos menores.
Comparação: Fibra de Carbono e Aramida na Resistência ao Fogo
Embora a fibra de carbono e a fibra de aramida sejam conhecidas por sua resistência, durabilidade e resistência a elementos externos, elas diferem quando se trata de resistência ao fogo. A fibra de carbono é propensa a derreter ou inflamar quando exposta ao fogo, enquanto a fibra de aramida tolera calor e chamas, tornando-a um material ideal para aplicações que envolvem alta exposição ao calor (Jeong, Lee, & Kim, 2018). Além disso, a fibra de aramida apresenta propriedades mecânicas excepcionais mesmo nos ambientes de calor mais severos, tornando-a o material preferido na fabricação de equipamentos de proteção nas indústrias militar, industrial e de combate a incêndios.
Ao avaliar o desempenho resistente ao fogo dos materiais, estudos mostram que as fibras de aramida se saem melhor que as fibras de carbono em situações que exigem proteção contra fogo. Num estudo conduzido por Li e colegas de trabalho (2019), os investigadores submeteram as fibras de carbono e de aramida a uma gama de níveis de calor para determinar os efeitos da exposição ao calor nos materiais. O estudo descobriu que, embora as fibras de aramida não tenham sofrido alterações significativas quando expostas a temperaturas de até 600 graus, as fibras de carbono apresentaram derretimento superficial, rachaduras e expansão significativas. Da mesma forma, em outro estudo, Jeong e colaboradores (2018) investigaram as propriedades de resistência ao fogo dos dois materiais com fibra de carbono versus compósitos de fibra de aramida. Os pesquisadores descobriram que o compósito de fibra de aramida tinha resistência à chama superior em comparação com o compósito de fibra de carbono.
Além disso, as fibras de aramida são mais inovadoras em termos de aplicações de design do que as fibras de carbono. Como as fibras de aramida são inerentemente retardantes de chama, o material é muito procurado na indústria têxtil para diversas aplicações, incluindo equipamentos de combate a incêndio, equipamentos industriais de proteção individual (EPI), roupas para atividades ao ar livre e tendas, entre vários outros. As fibras de carbono não são naturalmente resistentes às chamas e quaisquer aplicações que exijam resistência ao fogo, como componentes de motores, exigem a adição de matrizes para obter resistência às chamas.
Conclusão
No geral, tanto a fibra de carbono como a fibra de aramida são materiais excepcionais conhecidos pela sua resistência, durabilidade e excelentes características de desempenho. Embora a fibra de carbono seja elogiada pelas suas propriedades mecânicas excepcionais, as suas propriedades de resistência ao fogo não estão no mesmo nível que a fibra de aramida tem para oferecer. A fibra de aramida é conhecida por sua excepcional estabilidade térmica, retardamento de chama e excelentes propriedades mecânicas que a tornam ideal para uso em ambientes de calor severo. Portanto, em aplicações que exigem alto desempenho em ambientes de alto calor, a fibra de aramida é a escolha preferida.
Referências
