Vantagens e direções da fibra termoplástica de carbono em aplicações marítimas.
A Terra da qual dependemos para sobreviver é coberta por aproximadamente 70% de água, incluindo oceanos, baías, lagos e outras massas de água. Alguns estudos sugerem que nos originamos do oceano, que também contém quantidades inimagináveis de recursos. Para desenvolver e extrair estes recursos do oceano, não são apenas necessárias tecnologias e equipamentos avançados, mas também vários materiais com forte resistência à água e à corrosão.
Os materiais metálicos tradicionais, como aço e ligas de alumínio, enfrentam o problema de corrosão e ferrugem quando utilizados em ambientes marinhos por longos períodos. Além disso, esses metais têm alta densidade, levando a desafios significativos no processamento e custos de transporte mais elevados. Além disso, a manutenção e a substituição também podem ser bastante difíceis. A introdução de compósitos de fibra de vidro e fibra de carbono em aplicações de engenharia naval é uma iniciativa prática e inovadora.
Atualmente, os materiais de fibra de carbono termoendurecíveis estão sendo cada vez mais usados em áreas como cabos marítimos, sistemas de amarração, pás de turbinas, vasos de pressão e reparo de equipamentos. Com os avanços na tecnologia de fibra de carbono, as fibras de carbono termoplásticas passaram do conceito à realidade, oferecendo vantagens abrangentes de desempenho em relação às fibras de carbono termofixas. No futuro, espera-se que tenham um desempenho ainda melhor em aplicações marítimas.
Vantagens da fibra termoplástica de carbono em aplicações marítimas
1. Propriedades Mecânicas: As propriedades mecânicas abrangem parâmetros como resistência à tração, módulo de tração, resistência à flexão e resistência ao cisalhamento, que representam várias dimensões do desempenho geral do material. Por exemplo, CF/PEEK tem uma resistência à tração de até 1.900 MPa, um módulo de tração de até 110 GPa, uma resistência à flexão de até 125 MPa, uma resistência à compressão de até 1.000 MPa e uma resistência ao cisalhamento de até 75 MPa, demonstrando desempenho superior em comparação com outros materiais compósitos.
2. Resistência à corrosão: A fibra de carbono pode funcionar normalmente em ácido clorídrico 50%, ácido sulfúrico e ácido fosfórico sem deformar ou sofrer danos. A resistência à corrosão da matriz de resina em compósitos termoplásticos de fibra de carbono varia significativamente dependendo do tipo de resina utilizada, com a poliéter éter cetona (PEEK) apresentando boa resistência à corrosão. Além disso, técnicas de processamento adequadas podem aumentar até certo ponto a resistência à corrosão das fibras termoplásticas de carbono. Os tratamentos de superfície podem melhorar a resistência de ligação interfacial dos compósitos, reduzir a porosidade e os defeitos estruturais, tornando mais difícil a penetração e a difusão de meios corrosivos.
3. À prova d'água e à prova de umidade: As matrizes de resina termoplástica normalmente têm baixa absorção de umidade, o que ajuda a prevenir a degradação das propriedades mecânicas devido à exposição à umidade. Os processos de fabricação de compósitos termoplásticos de fibra de carbono geralmente envolvem métodos como moldagem por compressão ou moldagem por injeção, que podem fornecer desempenho de material mais consistente e uniforme, incluindo características à prova d'água e à prova de umidade, em comparação com compósitos termoendurecíveis.
Vantagens da fibra termoplástica de carbono em aplicações marítimas
1. Propriedades Mecânicas: As propriedades mecânicas abrangem parâmetros como resistência à tração, módulo de tração, resistência à flexão e resistência ao cisalhamento, que representam várias dimensões do desempenho geral do material. Por exemplo, CF/PEEK tem uma resistência à tração de até 1.900 MPa, um módulo de tração de até 110 GPa, uma resistência à flexão de até 125 MPa, uma resistência à compressão de até 1.000 MPa e uma resistência ao cisalhamento de até 75 MPa, demonstrando desempenho superior em comparação com outros materiais compósitos.
2. Resistência à corrosão: A fibra de carbono pode funcionar normalmente em ácido clorídrico 50%, ácido sulfúrico e ácido fosfórico sem deformar ou sofrer danos. A resistência à corrosão da matriz de resina em compósitos termoplásticos de fibra de carbono varia significativamente dependendo do tipo de resina utilizada, com a poliéter éter cetona (PEEK) apresentando boa resistência à corrosão. Além disso, técnicas de processamento adequadas podem aumentar até certo ponto a resistência à corrosão das fibras termoplásticas de carbono. Os tratamentos de superfície podem melhorar a resistência de ligação interfacial dos compósitos, reduzir a porosidade e os defeitos estruturais, tornando mais difícil a penetração e a difusão de meios corrosivos.
3. À prova d'água e à prova de umidade: As matrizes de resina termoplástica normalmente têm baixa absorção de umidade, o que ajuda a prevenir a degradação das propriedades mecânicas devido à exposição à umidade. Os processos de fabricação de compósitos termoplásticos de fibra de carbono geralmente envolvem métodos como moldagem por compressão ou moldagem por injeção, que podem fornecer desempenho de material mais consistente e uniforme, incluindo características à prova d'água e à prova de umidade, em comparação com compósitos termoendurecíveis.
3.Aplicação em Vasos de Pressão: Os vasos de pressão são componentes essenciais de dispositivos subaquáticos, como submersíveis e planadores. O principal objetivo do projeto dessas embarcações é alcançar desempenho mecânico estrutural suficiente e, ao mesmo tempo, minimizar o peso. A utilização de fibra de carbono termoplástica em vasos de pressão pode oferecer vantagens como maior profundidade operacional, peso mais leve e menor gravidade específica para a estrutura geral.
4. Aplicação em estruturas e equipamentos de energia limpa marítima: A China, flanqueada por mares em ambos os lados, possui abundantes recursos eólicos offshore. A geração de energia eólica é uma nova indústria de energia limpa e ecologicamente correta, e há uma demanda significativa neste campo. A produção de pás de turbinas eólicas depende fortemente de compósitos de fibra de carbono. Estima-se que até 2025, a procura de fibra de carbono no sector da energia eólica poderá exceder 93,000 toneladas, e a fibra de carbono termoplástica poderá desempenhar um papel suplementar na satisfação desta procura. A rigidez dos materiais compósitos termoplásticos de fibra de carbono é 2 a 3 vezes maior que a dos compósitos de fibra de vidro, enquanto sua densidade e massa são geralmente comparáveis, tornando-os adequados para a fabricação de seções intermediárias de turbinas.
5. Aplicação em reparo e reforço de estruturas marítimas: As estruturas marítimas operam em ambientes marinhos complexos e adversos, continuamente sujeitos a cargas operacionais e tensões ambientais. Ao longo da sua vida útil, é inevitável que ocorram defeitos estruturais, como fissuras por fadiga e problemas de corrosão. Compósitos termoplásticos de fibra de carbono, com baixa densidade, alta resistência, resistência à corrosão, facilidade de construção, desempenho favorável à fadiga e impacto não perturbador na integridade estrutural, têm sido amplamente aplicados no reparo e reforço de estruturas marítimas.
Os recursos escondidos nos oceanos são vastos e as actuais capacidades tecnológicas humanas ainda não são suficientes para uma exploração completa e extensa. Antes carentes de materiais e tecnologia, agora temos materiais de alto desempenho como a fibra de carbono, bem como técnicas capazes de resistir às imensas pressões encontradas debaixo d'água. Com o avanço contínuo de tecnologias e materiais, as aspirações de “alcançar a lua no céu e capturar tartarugas nas profundezas do oceano” provavelmente se tornarão realidade.
