Como a fibra de carbono é produzida | Guia de Especialistas da Suprema Carbon

Compreendendo a produção e aquisição de fibra de carbono para a indústria de peças de fibra de carbono

Fibra de carbonorevolucionou inúmeras indústrias, desde a aeroespacial e automotiva até equipamentos esportivos e construção, devido à sua excepcional relação resistência-peso, alta rigidez e resistência química. Este guia fornece conhecimento essencial para profissionais da área.peças de fibra de carbonoindústria buscando adquirirmateriais de fibra de carbonoefetivamente.

Com base em pesquisas on-line recentes relacionadas a como a fibra de carbono é produzida, perguntas comuns de usuários e áreas de interesse incluem:

1. Quais são os diferentes métodos de produção de fibra de carbono?

O método mais comum é o processo de poliacrilonitrila (PAN). Ele envolve o estiramento das fibras de PAN e seu aquecimento em etapas a temperaturas altíssimas em um ambiente livre de oxigênio. Esse processo carboniza a fibra, deixando principalmente os átomos de carbono fortemente unidos. Outros métodos incluem processos baseados em piche e rayon, cada um com custos e propriedades de fibra variáveis.

• Baseado em PAN: Oferece o melhor equilíbrio entre resistência e custo, tornando-o o mais amplamente utilizado.
• Baseado em piche: produz fibras com rigidez extremamente alta, adequadas para aplicações especializadas.
• Baseado em rayon: um método mais antigo, agora menos comum devido ao menor desempenho e ao custo mais alto.

2. Quais são as principais propriedades a serem consideradas ao selecionar a fibra de carbono?

Várias propriedades são cruciais na seleção de fibra de carbono para aplicações específicas. Entre elas:

• Resistência à Tração: A quantidade de força que uma fibra pode suportar antes de se romper. Medida em MPa (megapascal) ou KSI (quilolibras por polegada quadrada).
• Módulo de Tração (Rigidez): Medida da resistência de uma fibra à deformação sob tensão. Medido em GPa (gigapascals) ou MSI (milhões de libras por polegada quadrada).
• Densidade: A massa por unidade de volume. A fibra de carbono é valorizada por sua baixa densidade (tipicamente em torno de 1,75-1,85 g/cm³).
• Alongamento: A quantidade que uma fibra pode esticar antes de quebrar, expressa em porcentagem.
• Diâmetro da fibra: Normalmente medido em micrômetros (µm). Afeta a área da superfície e a ligação com a resina.

Diferentes graus de fibra de carbono oferecem desempenho variável nessas categorias. Por exemplo, fibras de carbono de alta resistência priorizam a resistência à tração, enquanto fibras de alto módulo focam na rigidez.

3. Quais são os diferentes tipos de tramas de fibra de carbono e suas aplicações?

A fibra de carbono é frequentemente usada em tecidos para a fabricação de compósitos. Os padrões de trama comuns incluem:

• Tecido liso: um padrão simples de cima para baixo que oferece boa estabilidade e é relativamente barato.
• Sarja: Um padrão de nervuras diagonais que oferece maior caimento (capacidade de se adaptar a formas complexas) e uma aparência visualmente atraente. Exemplos incluem sarja 2x2 e sarja 4x4.
• Tecido acetinado: apresenta menos entrelaçamentos do que os tecidos lisos ou sarjados, resultando em maior caimento e um acabamento superficial mais liso. Frequentemente usado em peças estéticas.
• Unidirecional: Todas as fibras são alinhadas em uma direção, proporcionando máxima resistência e rigidez nessa direção. Usado em aplicações onde a carga é predominantemente unidirecional.

A escolha da trama depende dos requisitos da aplicação quanto à resistência, rigidez, aparência e facilidade de fabricação.

4. Quais resinas são comumente usadas com fibra de carbono?

A fibra de carbono é normalmente combinada com uma matriz de resina para criar um material compósito. As resinas comuns incluem:

• Epóxi: A resina mais utilizada devido às suas excelentes propriedades mecânicas, resistência química e adesão à fibra de carbono.
• Poliéster: Uma alternativa de menor custo ao epóxi, adequada para aplicações menos exigentes.
• Éster vinílico: Oferece melhor resistência à corrosão que o poliéster e boas propriedades mecânicas.
• Fenólico: Usado em aplicações de alta temperatura devido à sua excelente resistência ao fogo.

A escolha da resina impacta significativamente as propriedades, o custo e os requisitos de processamento do compósito final.

5. Quais são as principais considerações de controle de qualidade para peças de fibra de carbono?

Garantir a qualidade das peças de fibra de carbono é fundamental. As principais considerações incluem:

• Fração de Volume da Fibra: A proporção de fibra de carbono em relação à resina no compósito. Otimizar essa proporção é essencial para atingir as propriedades mecânicas desejadas. Os valores típicos variam de 50% a 70%.
• Teor de Vazios: Presença de bolhas de ar dentro do compósito. Alto teor de vazios pode reduzir significativamente a resistência e a rigidez. Métodos de ensaio não destrutivos, como a inspeção ultrassônica, podem detectar vazios.
• Alinhamento das Fibras: O alinhamento adequado das fibras é crucial para maximizar a resistência e a rigidez nas direções desejadas. O desalinhamento pode levar à falha prematura.
• Qualidade da Cura: A cura adequada da resina é essencial para atingir propriedades mecânicas ideais. A Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) pode ser usada para avaliar o grau de cura.
• Acabamento da superfície: O acabamento da superfície deve atender aos requisitos estéticos e funcionais da aplicação. A rugosidade da superfície pode afetar a adesão em juntas coladas.

Medidas eficazes de controle de qualidade durante todo o processo de fabricação são essenciais para garantir a confiabilidade e o desempenho das peças de fibra de carbono.

Ao compreender esses aspectos da produção, propriedades, tramas, resinas e controle de qualidade da fibra de carbono, os profissionais do setor de peças de fibra de carbono podem tomar decisões informadas durante os processos de aquisição e fabricação, resultando em produtos de maior qualidade e melhor desempenho.