Qual a durabilidade da fibra de carbono?

A fibra de carbono é mais forte que o aço, mais leve que a fibra de vidro e mais rígida que o alumínio. Mas é durável? Muitos fatores aumentam a durabilidade de um material. Aqui está uma olhada em como a fibra de carbono resiste ao desgaste ao longo do tempo.

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Neste artigo:

1. A fibra de carbono pode enferrujar?
2. A fibra de carbono pode quebrar?
3. As condições climáticas afetam a durabilidade da fibra de carbono?
4. A fibra de carbono pode suportar o calor?
5. A fibra de carbono é à prova de balas?

A fibra de carbono pode enferrujar?

A fibra de carbono é quimicamente estável, resistente à corrosão e não enferruja. É por isso que funciona bem em ambientes hostis. Mas agentes oxidantes fortes, como peróxido de hidrogênio ou ácido sulfúrico, podem afetá-lo.

Da mesma forma, a resina epóxi é inerte e não enferruja nem corrói. No entanto, é sensível à luz solar. Portanto, cubra os compósitos de fibra de carbono com um acabamento resistente aos raios ultravioleta para evitar danos a longo prazo da luz solar.

É importante notar que os compósitos de fibra de carbono podem causar corrosão galvânica quando em contato com alguns metais. Embora não leve a uma corrosão superficial evidente no curto prazo, os produtos de corrosão se acumulam e podem causar danos com o tempo. Felizmente, isso requer condições específicas e alguns revestimentos oferecem proteção.

A fibra de carbono pode quebrar?

A resposta curta é sim. Qualquer material pode falhar, mas é um pouco mais complicado do que isso. Muitos fatores, como o processo de produção, design e uso, afetam a durabilidade.

Por exemplo, lacunas podem se formar e é mais provável que se rompam se o fabricante aplicar resina de maneira desigual ou não usar o suficiente. Com o tempo, essas pequenas rachaduras podem se espalhar até quebrar. Mesmo os impactos menores podem levar ao fracasso.

A orientação das fibras e das camadas de fibras também tem um efeito significativo na resistência à fadiga. Assim como o tipo de força que você aplica. As forças de compressão, cisalhamento e tensão causam diferentes tipos de falha.

A fibra tecida em um layup de 0 ° tem menos resistência à torção do que a 45 °, por exemplo. Portanto, pode quebrar se você torcer.

O resultado final é que, se você ficar abaixo do limite de carga de uma peça específica, ela não se quebrará facilmente.

Além disso, esteja ciente de que é difícil detectar sinais de danos que indiquem falha iminente. E, ao contrário de outros materiais que se dobram ou entortam, quando a fibra de carbono falha, ela pode quebrar espetacularmente e se estilhaçar.

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As condições climáticas afetam a durabilidade da fibra de carbono?

A fibra de carbono tem uma baixa expansão térmica. Portanto, sua forma, área, volume ou densidade não mudam muito em resposta às mudanças de temperatura. Isso não significa que ele seja imune aos efeitos do clima no longo prazo. Estudos descobriram que combinações de condições climáticas podem ter efeitos distintos sobre a fibra de carbono em diferentes ambientes.

Ciclos de congelamento-descongelamento

A Civil Engineering Research Foundation identificou os ciclos de congelamento e descongelamento como uma possível ameaça à durabilidade da fibra de carbono. Além disso, eles descobriram que as condições de congelamento e descongelamento degradam o concreto reforçado com fibra de carbono mais em água salgada.

Não é necessariamente a fibra de carbono que perde integridade, mas sim a formação de microfissuras na matriz e a descolagem da fibra / matriz. E os efeitos são em parte porque o adesivo estrutural não é tão avançado quanto outros usos de fibra de carbono.

Por último, apesar desses efeitos, outro estudo encontrou o concreto reforçado com fibra de carbono mais durável do que o concreto padrão.

Envelhecimento higrotérmico

O envelhecimento higrotérmico pode ter um impacto na durabilidade da fibra de carbono em algumas aplicações, mas não em outras.

O que é envelhecimento higrotérmico? O envelhecimento higrotérmico refere-se a uma combinação de calor e umidade e ao efeito que tem sobre a estrutura.

A exposição prolongada ao calor e à umidade pode ter pouco efeito na resistência à flexão da fibra de carbono. Mas sob carga sustentada e na presença de água salgada, a resistência à tração diminui entre 7% e 12%.

Ciclos úmido-seco

Um estudo mostra que os ciclos úmido-seco podem ter um impacto adverso significativo na resistência à tração. Após 4000 ciclos úmido-seco, a probabilidade de falha aumenta notavelmente.

Em contraste, tem uma influência limitada na deformação da fibra de carbono.

Exposição e condensação aos raios ultravioleta

A radiação ultravioleta e a condensação operam de forma sinérgica que causa erosão da matriz epóxi, mas não afeta a fibra de carbono. A erosão do epóxi pode diminuir a resistência à tração em até 29% e levar a menos durabilidade.

Como mencionado, um acabamento resistente aos raios ultravioleta ajudará a proteger os compostos de fibra de carbono.

No geral, as condições climáticas afetam a fibra de carbono. Mas os efeitos dependem de como você o usa. Por exemplo, as condições climáticas têm um impacto mais notável em edifícios com fibra de carbono do que um quadro de bicicleta de carbono.

A fibra de carbono pode suportar o calor?

As fibras de carbono podem suportar o calor. Mas a fibra de carbono é usada principalmente em uma matriz como concreto, plástico ou epóxi, o que pode limitar sua tolerância ao calor. Em outras palavras, a matriz desempenha um papel mais significativo em se uma parte de fibra de carbono pode suportar o calor do que a fibra sozinha.

Por exemplo, alguns epóxis podem suportar temperaturas de até 100 ℃ (212 ℉), enquanto o composto de matriz de carbono reforçado com fibra de carbono pode tolerar temperaturas acima de 2.000 ℃ (3632 ℉).

A fibra de carbono é à prova de balas?

Em teoria, a fibra de carbono poderia parar uma bala, mas o Kevlar® ou outra fibra de aramida tem mais flexibilidade e resistência ao impacto. Além disso, o Kevlar® é uma opção mais econômica para blindagem à prova de balas.

A fibra de carbono oferece um alto nível de proteção contra alguns objetos. Freqüentemente, você verá que os pilotos de carros de corrida o usam para proteção porque dispersa o impacto das forças. Mas quando se trata de marcadores, você precisará de muitas camadas para impedi-lo.

Assista a este vídeo para ver como as feiras de compostos de fibra de carbono contra balas.

No entanto, os nanotubos de carbono podem resistir a balas. Nanotubos consistem de átomos de carbono ligados em padrões hexagonais repetidos para criar um cilindro oco. Esses nanotubos podem absorver a energia dos mísseis balísticos melhor do que a fibra de carbono e, em alguns casos, até mesmo o Kevlar®.

Em sua forma mais básica, a fibra de carbono é grafite de carbono, que durará virtualmente para sempre. O material normalmente não é fotodegradável ou biodegradável. No entanto, alguns fatores influenciam sua durabilidade, como sua matriz. Além disso, o uso intenso de compósitos e fatores ambientais podem afetar sua durabilidade e potenciais aplicações. Em geral, os cientistas prevêem que as peças de fibra de carbono durem mais de 50 anos.



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