Quão forte é a fibra de carbono? | Aprenda o que torna este elemento tão resistente

Quando sintetizada corretamente, a fibra de carbono pode ser 10x mais forte que o aço. Quão forte é a fibra de carbono em sua forma básica, porém, e como você pode maximizar sua resistência? Responderemos a essas perguntas e muito mais nesta postagem!

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1. Como você faz fibra de carbono forte?
2. Por que a fibra de carbono é tão forte?
3. A fibra de carbono quebra facilmente?
4. A fibra de carbono é mais forte do que KEVLAR®?
5. Você pode queimar fibra de carbono?
6. A fibra de carbono pode enferrujar?
7. Qual é a resistência do filamento de fibra de carbono?

Como você produz fibra de carbono forte?

Primeiro, uma folha de fibra e outros polímeros são aquecidos a uma temperatura muito alta em um espaço livre de oxigênio. Como não há oxigênio, a fibra não pode queimar; em vez disso, fica tão quente que os átomos de carbono são tudo o que resta.

Em seguida, o carbono é estabilizado e carbonizado. Isso envolve aquecer o carbono resistente à queima a altas temperaturas ao ar livre, colocá-lo em um forno cheio de gases químicos (mas não oxigênio) e cozinhá-lo ainda mais.

Terceiro, a folha é resfriada e imersa em vários gases químicos, incluindo oxigênio, para fornecer melhores propriedades de ligação.

Finalmente, um revestimento de resina epóxi é aplicado à folha para proteger as fibras de danos quando usadas para fazer produtos. A composição do revestimento varia de acordo com os materiais iniciais usados ​​para a fibra.

Este é o processo para fazer uma única folha de fibra de carbono, que é um material de construção extremamente forte, mas ainda pode ser frágil e fácil de quebrar em alguns aspectos. Para obter mais informações sobre como as folhas de fibra de carbono se tornam quase inquebráveis, consulte a seção abaixo em "A fibra de carbono quebra facilmente?"

É importante saber que fazer fibra de carbono forte é um processo extremamente complexo que definitivamente não pode ser feito em casa.

Assista a este vídeo para ampliar a fibra de carbono e ver como os fios de fibra de carbono se tornam fortes e unidos.

Por que a fibra de carbono é tão forte?

A fibra de carbono está entre os materiais mais fortes da Terra devido às ligações em cadeia de suas moléculas. Essa estrutura é criada durante todas as reações químicas e mudanças extremas de temperatura pelas quais a fibra passa enquanto é feita.

Os processos unem milhares de pequenos fios e os misturam com um epóxi. Esses fios formam uma camada de fibra de carbono, cuja resistência é afetada pela orientação precisa dos fios e pelos tipos de tecido usados ​​na camada.

Uma única camada de fibra de carbono tem normalmente cerca de 0,25 mm de espessura e não é muito forte. Na verdade, com essa espessura, a fibra de carbono é muito fácil de quebrar. Isso pode ser contra-intuitivo para o que você sabe sobre a fibra de carbono ser forte, mas a resistência é criada no processo de empilhamento de várias camadas também usando a orientação e a trama das fibras, também conhecido como "layup".

A pureza molecular da fibra de carbono também ajuda a desenvolver uma estrutura fortemente unida.

A fibra de carbono quebra facilmente?

A resposta curta é que sim, conforme descrito acima. A grande vantagem da fibra de carbono é que você pode controlar a resistência e a direção da resistência. Por exemplo, se você quiser que seja super forte em uma direção e mais flexível na outra, você pode fazer isso usando um tipo específico de tecido e layup.

Folhas Unidirecionais

Para explicar, imagine uma daquelas esteiras de madeira usadas para fazer sushi. O tapete é feito de um monte de barras de madeira estreitas que correm paralelas umas às outras e são amarradas umas às outras. O resultado é que é fácil dobrar o tapete se você se dobrar contra a corrente. Se você dobrar com a textura, no entanto, o tapete não se dobrará facilmente porque isso significaria dobrar com força suficiente para quebrar as hastes de madeira.

As folhas de fibra de carbono são compostas por uma série de hastes paralelas, semelhantes à esteira de sushi. Mas em fibra de carbono, as hastes são feitas de fibra tratada e são muito mais resistentes do que a madeira. Por causa disso, é muito difícil quebrar uma folha de fibra de carbono se você aplicar pressão na mesma direção que as hastes. Uma folha de hastes em uma direção é semelhante a um tipo de tecido de fibra de carbono chamado "unidirecional", onde todas as fibras correm na mesma direção.

Agora imagine que você colou dois tapetes de sushi um em cima do outro, com as hastes de madeira do tapete de baixo indo para um lado e as hastes do tapete de cima indo para o outro. Agora, as esteiras apóiam-se mutuamente e evitam que se dobrem em qualquer direção.

Com a fibra de carbono unidirecional, conforme você empilha as camadas de material, pode controlar a direção da resistência de cada camada. Esse controle da direção da resistência é um dos benefícios da fibra de carbono. Utilizando várias camadas, você pode tornar o produto final tão forte quanto necessário para a aplicação dada.

Folhas Tecidas

Em folhas de fibra de carbono tecidas, os filamentos são tecidos juntos como os fios de uma cesta para se manterem melhor. Existem muitos tipos diferentes de trama que são usados ​​por uma série de razões diferentes. Pode ser estético ou pode ser mais fácil trabalhar um tipo específico de material em um molde e / ou pode ter mais resistência em várias direções. Os tipos de tecido usados ​​e a orientação em que são colocados para controlar a resistência fazem parte do desenvolvimento da estratégia de layup.

Não importa o tipo de trama, no entanto, uma única folha de fibra tecida ainda será bastante fraca, a menos que sejam colocadas em camadas.


Pilhas de folhas de fibra de carbono (tecidas ou unidirecionais) com orientações alternadas são extremamente fortes - até 18 vezes a resistência do aço, na verdade.

Assista a este vídeo para ver como a fibra de carbono é feita para ser tão forte:

A fibra de carbono é mais forte que o KEVLAR®?

A fibra de carbono e a fibra de aramida (KEVLAR® é simplesmente uma marca de fibra de aramida) são quase iguais em resistência, embora cada uma tenha suas vantagens e desvantagens.

Em primeiro lugar, entenda que ambos os materiais compreendem muitas folhas finas de seus respectivos tecidos e só alcançam resistência real quando são engrossados ​​com várias camadas de fibra tecida.

Mesmo quando muitas camadas são tecidas juntas, a fibra de carbono é muito fina e leve. Também é extremamente forte, mas tem dificuldade em enfrentar objetos pontiagudos como facas.

O KEVLAR®, por outro lado, é mais espesso que a fibra de carbono e é mais difícil de penetrar. Por ser mais espesso, porém, é mais pesado e menos flexível. Também é muito menos resistente ao calor do que a fibra de carbono.

Você consegue queimar fibra de carbono?

Você teria dificuldade em queimar fibra de carbono.

Se você aquecê-lo até 750 graus, ele queimará muito lentamente, desde que uma fonte de combustível em chamas seja aplicada a ele. Mas mesmo nesse ponto, a queima irá parar assim que a fonte de combustível for removida.

Essa queima limitada é causada pela resina combinada com o carbono na fibra, porque o próprio carbono não queima. A única razão pela qual a fibra queima é porque os componentes que não são de carbono queimam.

Existem diferentes tipos de resina que podem suportar diferentes variedades de calor. Uma resina epóxi típica é boa até cerca de 200 graus Fahrenheit, mas uma resina de alto calor geralmente resiste ao calor até 400 graus. Verifique sempre as especificações da resina que está sendo utilizada.

Como a fibra de carbono é muito resistente ao calor, mas ainda assim tão forte, ela é usada em muitas aplicações de engenharia, como revestimento interno de motores.

A fibra de carbono pode enferrujar?

Não. As ligações firmes na fibra de carbono são imunes à oxidação devido aos complexos processos químicos usados ​​durante a fabricação. As resinas epóxi usadas para proteger a fibra de carbono de danos são inertes, o que significa que é protegida contra ferrugem e outros tipos de corrosão.

Qual é a resistência do filamento de fibra de carbono?

Um filamento de fibra de carbono é a corda individual usada em um tecido de fibra de carbono. Esses fios são normalmente ligados entre si usando uma resina, que é o RP em CFRP (plástico reforçado com fibra de carbono). Combinando o material usado com a composição química exata da fibra de carbono, os engenheiros podem criar algo ainda mais durável, forte e leve do que suas peças.

Em um tecido, cada fio de fibra de carbono normalmente terá algo entre 1.000 e 12.000 filamentos individuais, menos do que a largura de um cabelo humano.

Então, quão forte é a fibra de carbono? Vamos apenas colocar desta forma:não existem muitos materiais no mundo mais fortes do que a fibra de carbono - especialmente os que não estão disponíveis comercialmente.

Quer ver a resistência da fibra de carbono em ação? Confira este vídeo!



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