Transcript PPT_16MAI2013_Luan Rosa

FIBRA DE CARBONO
 Nome: Luan Rosa
 Curso: Mecânica
 Módulo: I
HISTÓRIA DA FIBRA DE
CARBONO
 Thomas Edson foi o primeiro a produzir intencionalmente filamentos de
carbono pela pirólise do algodão para filamentos de lâmpadas incandescentes em
1878. Mais de 80 anos depois, o excelente desempenho de suas propriedades
mecânicas foi demonstrada pelo crescimento de whiskers de grafite com resistência à
tração de 2,0 GP a e módulo de rigidez de 800 GP a . A primeira fibra contínua
comercial foi produzida nos anos de 1950 pela carbonização de rayon sintético para
aplicações em mísseis em temperaturas elevadas. Entretanto a conversão do rayon
em fibra de carbono não foi eficiente por causa do baixo rendimento de carbono,
além de resultar em fibras com baixas propriedades mecânicas.
Em meados da década de 1960, no Japão e na Inglaterra foi
desenvolvido
um processo mais eficiente de produção de fibras de carbono
utilizando-se poliacrilo-nitrila (PAN). Este processo é utilizado hoje em
dia por mais de 90% da produção de,0 fibras de carbono comercial.
Durante as últimas décadas, o processo tem sido melhorado em sua
eficiência para aumentar a resistência das fibras, o seu módulo,
resistência à manipulação e diminuir deformações e falhas.
FABRICAÇÃO
 Para a produção de fibras carbônicas o método utilizado é
chamado pirólise, ou seja, a decomposição pelo calor, de algum
material rico em carbono que retém a sua forma fibrosa através de
tratamentos térmicos que resultam em carbonização com alto resíduo
carbonáceo. Os materiais carbonáceos podem ser naturais ou
sintéticos e são utilizados como "fibra precursora".
Ao se desenvolver estas matérias primas iniciando-se na década de 1950
até o final da década de 1960, chegou-se à produção de fibras carbônicas
de alta resistência à tração e tensão mecânicas.
O processo se inicia com um pré- tratamento onde a matéria prima
recebe tensões mecânicas que provocam o seu alongamento utilizando
vapor. Em seguida vem a etapa de onde ocorre a conversão de um
precursor polimérico. Seguindo-se ao aquecimento constante e
controlado até em torno de 250°C aproximadamente. Em seguida é
necessária a sua estabilização físico-química. Isto ocorre através do
surgimento de ligações transversais entre as cadeias moleculares.
Após o processo de pirólise vem o processo de "grafitização". Este
consiste num tratamento térmico que oscila entre 2.000°C e 3.000°C e
proporciona uma "cristalização" ordenada os cristais de carbono no
interior da fibra.
Para fazer a coisa certa, é necessário ter certeza que todos os fios estão
fazendo a sua parte. “É preciso se preocupar se as fibras estão todas
paralelas e igualmente esticadas”, explica Rob Klawonn, presidente da
fábrica de fibra de carbono Toho Tenax America. Um fio ondulado em
um entrelaçado de fios faz com que o fio esticado mais próximo tenha
que se esforçar mais, e este fio reto vão acabar se quebrando antes.
Para compensar a possibilidade de existir um entrelaçado imperfeito,
os fabricantes podem incluir dez por cento a mais de fibras do que o
necessário, apesar do incremento no preço.
Sozinhos, porém, estes entrelaçados não são o material forte que os
fabricantes precisam. Eles são um reforço, da mesma forma que o aço é
um reforço para o concreto. Atualmente, a fibra de carbono funciona em
conjunto com uma resina termo fixa. Juntos, eles formam um composto
que pode ser manipulado para assumir um determinado formato. O
problema é que, depois de moldada e curada em uma autoclave, é
impossível modificar o formato sem prejudicar a integridade estrutural do
produto. Um pequeno erro pode significar um desperdício grande
inclusive de tempo. A termo fixação demora cerca de uma hora, um
tempo longo considerando quanto demora para a indústria automotiva
fazer os painéis.
Por isso, não basta uma pequena modificação ou melhoria para jogar a
fibra de carbono em uma faixa de preço mais baixa. É preciso uma
revolução completa no sistema de fabricação. Mas, sendo isso algo com
um prospecto de retorno financeiro tão alto, a indústria está se mexendo.
UTILIZAÇÃO
 Estes materiais compósitos, também designados por Materiais plásticos reforçados
por fibra de carbono ("CFRP - Carbon Fiber Reinforced Plastic)" estão neste momento a
assistir a uma demanda e um desenvolvimento extremamente elevados por parte da
indústria aeronáutica, na fabricação de peças das asas, na indústria das bicicletas na
construção de todo o tipo de peças desde quadros, guiadores, selins, rodas e até mesmo
travões de disco em fibra de carbono e transmissões; na formula 1 e nas superbikes a
estrutura principal das máquinas é de fibra de carbono; e basicamente em todos os
desportos de competição que a fibra de carbono tem dado resposta à necessidade e
procura constante de materiais cada vez mais leves e mais resistentes.
As estruturas dessa fibra sofrem diversas variações desde a sua
descoberta, muitos pesquisadores vem tentando determinar uma
estrutura conveniente. Para descrevê-la, porém, a maioria desses
grupos de cientistas tem concluído que a estrutura depende do
material utilizado para a carbonização. Existem duas teorias a esse
respeito formuladas, sendo a primeira enunciando uma fibra formada
pelo empilhamento de fitas carbônicas e uma segunda enuncia a
formação por meio de microfibras que são a união de diversos
conjuntos de fitas de carbono, sendo este modelo mais aceito e
adequado para explicação das fibras em função de sua resistência
mecânica, térmica e a tensão. As fibras carbono apresentam grupos
funcionais em sua superfície, possibilitando seu uso como condutor
eletrolítico; os grupos vão desde ácidos carboxílicos a aromáticos.
Fibra de carbono comparada a um fio de cabelo .