Fibra de carbono, também conhecida como carbono grafite, é uma fibra de alta resistência feita aquecendo fibras sintéticas ou fibras de poliacrilonitrila ou piche de petróleo a uma temperatura adequada. Hoje, a fibra de carbono tornou-se um componente essencial de muitos produtos, com novas aplicações sendo desenvolvidas a cada ano. Os Estados Unidos, Japão e Europa Ocidental são os principais produtores de fibra de carbono.

O Que as Torna Únicas?

A fibra de carbono é a fibra de reforço mais dura e resistente em compósitos poliméricos, ficando em segundo lugar apenas para a fibra de vidro. As fibras de carbono são classificadas pelo módulo de tração da fibra, que mede quanto de força de tração uma fibra de determinado diâmetro pode suportar sem quebrar. Dependendo da orientação da fibra, os compósitos de fibra de carbono podem ser mais fortes em uma direção ou igualmente fortes em todas as direções. Um pequeno pedaço pode suportar várias toneladas de impacto, com deformação mínima. A natureza complexa do entrelaçamento das fibras torna-as difíceis de quebrar.

Principais Aplicações

As duas principais aplicações da fibra de carbono estão em tecnologias especializadas, incluindo aeroespacial e engenharia nuclear. Outras áreas funcionais incluem têxteis, microeletrodos, compósitos reforçados com fibra de carbono para fabricação de peças de aeronaves e espaçonaves, carrocerias de carros de corrida, eixos de tacos de golfe, quadros de bicicletas, varas de pesca, molas de carro, mastros de veleiros e muitos outros componentes que requerem leveza e alta resistência.

Classificação da Fibra de Carbono

A fibra de carbono pode ser classificada com base em seu módulo, resistência e temperatura final de tratamento térmico.

Matérias-Primas e Processo de Fabricação

Os materiais usados para fabricar fibra de carbono são chamados de precursores. Aproximadamente 90% das fibras de carbono são feitas de poliacrilonitrila (PAN). Os 10% restantes são feitos de fibras sintéticas ou piche de petróleo. Todos esses materiais são polímeros orgânicos, caracterizados por longas cadeias de moléculas ligadas por átomos de carbono. A composição exata de cada precursor varia de empresa para empresa e é frequentemente considerada um segredo comercial.

Processo de Fabricação

O processo de fabricação de fibra de carbono é em parte químico e em parte mecânico. O precursor (a estrutura molecular da fibra) é esticado em longas cadeias ou fibras e depois aquecido a temperaturas muito altas, impedindo-o de entrar em contato com o oxigênio. Sem oxigênio, as fibras não podem queimar. Em vez disso, a alta temperatura causa vibrações atômicas vigorosas dentro da fibra até que a maioria dos átomos não carbono seja expelida. Esse processo é chamado carbonização, deixando para trás fibras compostas por longas cadeias de átomos de carbono, fortemente entrelaçadas, com apenas alguns átomos não carbono restantes.

Questões de Segurança

O principal risco à saúde associado ao manuseio de fibra de carbono é devido à irritação e abrasão mecânica, semelhante às fibras de vidro. Se não forem controladas, essas microfibras têm o potencial de se alojar na pele humana ou em membranas mucosas, causando irritação. É crucial proteger os olhos e a garganta do pó de fibra de carbono.

Razões para os Materiais Compostos de Fibra de Carbono Substituírem Materiais Tradicionais

1. Alta Relação Resistência-Peso: A fibra de carbono pesa cerca de 25% do aço, 70% do alumínio e é mais forte e mais dura do que ambos. Engenheiros automotivos de ponta usam materiais compostos para reduzir o peso do veículo em até 60%, enquanto aumentam a segurança em colisões.

2. Durabilidade: Os materiais compósitos CFRP não enferrujam independentemente do ambiente. Sua tenacidade à fratura é menor do que a dos metais, mas maior do que a da maioria dos polímeros. Alta estabilidade dimensional permite que mantenham sua forma, seja quente ou frio, úmido ou seco.

3. Novas Opções de Design: Os compósitos CFRP oferecem opções de design difíceis de alcançar com materiais tradicionais. Permite consolidação de peças; uma única peça composta pode substituir toda a montagem de peças metálicas. A textura da superfície pode ser alterada para imitar qualquer acabamento, de liso a texturizado.

O Futuro da Fibra de Carbono

O futuro do mercado de plásticos reforçados com fibra de carbono (CFRP) parece promissor, com oportunidades nas indústrias aeroespacial, automotiva, de vasos de pressão e de energia eólica. Os principais impulsionadores desse mercado são a crescente demanda por materiais compostos de alto desempenho e leveza e os requisitos de desempenho crescentes de várias indústrias de uso final. As tendências emergentes que impactam diretamente a indústria incluem o desenvolvimento de tecnologias para reduzir os custos de fabricação de fibra de carbono e a reciclagem de peças e CFRP, pois a fibra de carbono reciclada reduz os custos do produto e o impacto ambiental.