Tipos de Fibras de Carbono e o Processo de Fabricação

Fibras de carbono  (CF) são fibras com cerca de 5 a 10 micrômetros de diâmetro e compostas principalmente de átomos de carbono.

Existem várias vantagens das fibras de carbono:

• alta rigidez ,
• alta resistência à tração ,
• baixo peso e
• alta resistência química .

Depois de ler este post, você conhecerá a principal classificação de fibras de carbono, quais matérias-primas são necessários e conheça seu processo de fabricação detalhado.

Com isso dito, você pode distinguir rapidamente a qualidade dos produtos de fibra de carbono e controlar todo o processo de fabricação com mais eficiência.

1. A classificação geral das fibras de carbono

A. Com base no módulo de tração

Módulo de tração da fibra é o critério chave para classificar as fibras de carbono.

Basicamente, módulo de tração é a abreviação de “módulo de elasticidade ", o que significa uma medida de quão rígida é uma fibra de determinado diâmetro, ou a resistência ao alongamento, quanto maior o número, mais rígida a fibra.

B. Com base na ordem crescente do módulo de tração

Outras classificações, em ordem crescente de módulo de tração, incluem "módulo padrão", "módulo intermediário", "módulo alto" e "módulo ultra-alto".

Por exemplo, fibras de carbono de módulo ultra-alto têm um módulo de tração de 500 milhões a 1,0 bilhão de kPa. Como comparação, o aço tem um módulo de tração de cerca de 200 milhões de kPa. Portanto, a fibra de carbono mais forte é cerca de cinco vezes mais forte do que o aço .

2. Quais matérias-primas são necessárias para o processo de fabricação?

A matéria-prima usada para fazer fibra de carbono é o precursor .

A. Poliacrilonitrila

Cerca de 90% das fibras de carbono são feitas de poliacrilonitrila .

B. Rayon ou piche de petróleo

Em seguida, os 10% restantes são de rayon ou breu de petróleo . Todos esses materiais são polímeros orgânicos, caracterizados por longas cadeias de moléculas unidas por átomos de carbono.

C. Gás e líquidos

Durante o processo de fabricação, uma variedade de gases e líquidos são indispensáveis.

Alguns desses materiais devem reagir com a fibra para obter um efeito específico. No entanto, outros materiais não precisam reagir ou evitar certas reações com a fibra.

Tal como acontece com os precursores, as composições exatas de muitos desses materiais de processo são segredos comerciais.

3. O processo de fabricação de fibra de carbono

O processo de fabricação de fibras de carbono é parte química e parte mecânica .

O precursor é puxado em longos fios ou fibras e, em seguida, aquecido a uma temperatura muito alta, evitando que ele entre em contato com o oxigênio.

Sem o oxigênio , a fibra não pode queimar. Em vez disso, a alta temperatura faz com que os átomos na fibra vibrem violentamente até que a maioria dos átomos não-carbono sejam expelidos .

Esse processo é carbonização e deixa uma fibra composta por longas cadeias de átomos de carbono firmemente interligadas, com apenas alguns átomos não-carbono restantes.

Nos parágrafos seguintes do post, apresentaremos uma sequência típica de operações usadas para formar fibras de carbono a partir de poliacrilonitrila.

3.1 Girando

1) Misturar pó plástico de acilonitrila com outro plástico (metil acrilato ou metil metacrilato).

2) Reagiu com um catalisador em um processo convencional de polimerização em suspensão ou solução para formar um plástico de poliacrilonitrila.

3) O plástico é então transformado em fibras, que são lavadas e esticado .

3.2 Estabilização

1) Antes da carbonização, as fibras precisam ser quimicamente alteradas para converter sua ligação atômica linear em uma ligação em escada termicamente mais estável.

2) Alcançar a estabilização aquecendo as fibras no ar a cerca de 200-300°C (390-590° F) para 30-120 minutos.

3.3 Carbonização

1) Quando o processo de estabilização termina, as fibras são aquecidas a uma temperatura de cerca de 1.000-3.000°C (1.830-5.500° F) por vários minutos em um forno preenchido com uma mistura de gás que não contém oxigênio.

2) A pressão do gás dentro do forno é mantida mais alta do que a pressão do ar externo e os pontos onde as fibras entram e saem do forno são selados paraimpedir a entrada de oxigênio .

3.4 Tratamento da superfície

Após a carbonização, as fibras apresentam uma superfície que não se liga bem com os epóxis e outros materiais usados ​​em materiais compósitos. Para dar às fibras melhores propriedades de ligação , sua superfície é ligeiramente oxidado .

3.5 Dimensionamento

1) Após o tratamento de superfície, as fibras são revestidas para protegê-las de danos durante o enrolamento ou tecelagem. Esse processo é chamado de dimensionamento .

Os materiais de revestimento são escolhidos para serem compatíveis com o adesivo usado para formar materiais compostos. Materiais de revestimento típicos incluem epóxi, poliéster, nylon, uretano e outros.

2) As fibras revestidas são enroladas em cilindros chamados bobinas . As bobinas são carregadas em uma máquina de fiação e as fibras são torcidas em fios de vários tamanhos.

Essas são as informações básicas sobre o processo de fabricação de fibras de carbono e esperamos sinceramente que sejam úteis. Não hesite em deixar seu comentário abaixo se tiver alguma dúvida.

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