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Como é feita a fibra de carbono?

Também chamada de grafite ou grafite de carbono, a fibra de carbono consiste em fios muito finos do elemento carbono. As fibras de carbono têm alta resistência à tração e são muito fortes para seu tamanho. De fato, a fibra de carbono pode ser o material mais forte que existe.

Cada fibra tem 5-10 microns de diâmetro. Para dar uma idéia de quão pequeno é, um mícron é de 0,000039 polegadas. Um fio de seda de teia de aranha é geralmente entre 3-8 mícrons.

As fibras de carbono são duas vezes mais rígidas que o aço e cinco vezes mais fortes que o aço (por unidade de peso). Eles também são altamente resistentes quimicamente e têm tolerância a altas temperaturas com baixa expansão térmica.

As fibras de carbono são importantes em materiais de engenharia, aeroespacial, veículos de alto desempenho, equipamentos esportivos e instrumentos musicais – para citar apenas alguns de seus usos.

Matéria prima

A fibra de carbono é feita a partir de polímeros orgânicos, que consistem em longas cadeias de moléculas unidas por átomos decarbono . A maioria das fibras de carbono (cerca de 90%) é feita a partir do processo de poliacrilonitrila (PAN). Uma pequena quantidade (cerca de 10%) é fabricada a partir do rayon ou do processo do passo de petróleo. Gases, líquidos e outros materiais usados ​​no processo de fabricação criam efeitos específicos, qualidades e graus de fibra de carbono. A fibra de carbono de grau mais alto, com as melhores propriedades de módulo, é usada em aplicações exigentes, como a indústria aeroespacial.

Fabricantes de fibra de carbono diferem um do outro nas combinações de matérias-primas que eles usam. Eles geralmente tratam suas formulações específicas como segredos comerciais.

Processo de manufatura

No processo de fabricação, as matérias-primas, chamadas de precursores, são desenhadas em longos fios ou fibras. As fibras são tecidas em tecido ou combinadas com outros materiais que são enrolados ou moldados em formas e tamanhos desejados.

Normalmente existem cinco segmentos na fabricação de fibras de carbono do processo PAN. Esses são:

  1. Fiação. PAN misturado com outros ingredientes e fiado em fibras, que são lavadas e esticadas.
  2. Estabilizando Alteração química para estabilizar a ligação.
  3. Carbonização. Fibras estabilizadas aquecidas a temperaturas muito altas, formando cristais de carbono fortemente ligados.
  4. Tratar a superfície. A superfície das fibras oxidadas para melhorar as propriedades de ligação.
  5. Dimensionamento. As fibras são revestidas e enroladas em bobinas, que são carregadas em máquinas de fiar que torcem as fibras em fios de diferentes tamanhos. Em vez de seremtecidos em tecidos, as fibras podem ser formadas em compósitos. Para formarmateriais compósitos, o calor, a pressão ou o vácuo liga as fibras a um polímero plástico.

Desafios de Fabricação

O fabrico de fibras de carbono acarreta vários desafios, incluindo:

  • A necessidade de recuperação e reparo mais econômicos.
  • O processo de tratamento de superfície deve ser cuidadosamente regulado para evitar a criação de poços que possam resultar em fibras defeituosas.
  • Feche o controle necessário para garantir uma qualidade consistente.
  • Problemas de saúde e segurança
  • Irritação na pele
  • Irritação da respiração
  • Arcos e curtos em equipamentos elétricos por causa da forte condutividade elétrica das fibras de carbono.

Futuro da fibra de carbono

Por causa de sua alta resistência à tração e leveza, muitos consideram a fibra de carbono como o material de fabricação mais significativo de nossa geração. A fibra de carbono pode desempenhar um papel cada vez mais importante em áreas como:

  • Energia:Lâminas de moinhos de vento, armazenamento de gás natural e transporte, células de combustível.
  • Automóveis:atualmente usado apenas para veículos de alto desempenho, a tecnologia de fibra de carbono está se tornando um uso mais amplo. Em dezembro de 2011, a General Motors anunciou que está trabalhando em compostos de fibra de carbono para produção em massa de automóveis.
  • Construção: Concretopré-moldado leve, proteção contra terremotos.
  • Aeronaves: Aeronaves dedefesa e comerciais. Veículos aéreos não tripulados.
  • Exploração de petróleo:plataformas de perfuração em águas profundas, tubos de perfuração.
  • Nanotubos de carbono:materiais semicondutores, espaçonaves, sensores químicos e outros usos.

Em 2015, a fibra de carbono teve um tamanho de mercado de US $ 2,25 bilhões. As projeções aumentaram o mercado para US $ 31 bilhões até 2024. Para conseguir isso, os custos devem ser reduzidos e as novas aplicações direcionadas.

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