A fibra de carbono possui propriedades excepcionais de alta força e módulo, resistência à corrosão, estabilidade térmica, resistência à fadiga e condutividade, indispensável em aplicações aeroespaciais, militares e industriais. No entanto, as superfícies não tratadas de fibra de carbono exibem inércia química. Na falta de grupos funcionais ativos, eles se ligam mal a matrizes, criando defeitos interfaciais que prejudicam o desempenho. Compreender os métodos de tratamento de superfície é, portanto, essencial.
Os principais objetivos do tratamento de superfície são::
- Evite a formação de camada interfacial fraca
- Crie topografia ideal de ligação
- Aumente a afinidade de resina-reforço
Os métodos de tratamento se enquadram em duas categorias:
Tratamentos oxidativos- Introduzir grupos polares e eliminar interfaces fracas
Tratamentos não oxidativos- Depósito de carbono reativo ou outras substâncias
Métodos oxidativos
Oxidação em fase gasosa: Expõe as fibras a gases oxidantes (por exemplo, ar, ozônio). Introduz grupos polares e aumenta a rugosidade da superfície, aumentando a resistência ao cisalhamento composto.
Oxidação em fase líquida: Imerga fibras em soluções oxidativas (ácido nítrico, hipoclorito de sódio). Gravam superfícies para gerar ranhuras e grupos contendo oxigênio, melhorando a adesão da resina.
Oxidação combinada de gás-líquido: Aplica o revestimento líquido seguido de oxidação a gás. Aumenta a resistência à tração da fibra e a força de cisalhamento interlaminar composta.
Oxidação eletroquímica: Oxidação anódica em eletrólitos. Gera grupos funcionais de oxigênio/nitrogênio que melhoram a molhabilidade e a reatividade do epóxi, elevando o desempenho mecânico.
Métodos não oxidativos
Deposição de vapor: Deposita o carbono pirolítico em interfaces de resina de fibra para relaxar o estresse e fortalecer a ligação.
Eletropolimerização: Forma filmes de polímeros em fibras por meio de polimerização de monômeros acionados por campo elétrico. Modifica a morfologia/composição da superfície.
Casal do agente de acoplamento: Usa moléculas anfifílicas (por exemplo, silanos) que preenchem quimicamente as fibras e resinas por meio de grupos reativos duplos.
Revestimento de polímero: Aplica polyaluminoxano, convertendo ao revestimento de alumina após tratamento térmico. Aumenta a resistência a oxidação para compósitos de matriz de metal.
Crescimento do bigode: Cresça os reforços microcristalinos (por exemplo, bigodes SiC) em superfícies de fibra para interligar mecanicamente com matrizes.
Tratamento de plasma: Gravam superfícies com gás ionizado para aumentar a rugosidade e os locais ativos.
Considerações práticas
Métodos não oxidativos como deposição de vapor e tratamento com plasma permanecem experimentais, sem escalabilidade industrial.
Os revestimentos de acoplamento/polímero oferecem melhorias marginais de força.
A eletropolimerização envolve procedimentos complexos.
A oxidação líquida se adapta apenas ao processamento em lote; A duração da oxidação do gás varia de acordo com o tipo de fibra; A oxidação combinada carece de controle preciso.
A oxidação eletroquímica surge como a mais promissora: aumenta uniformemente a molhabilidade/reatividade sob condições leves e controláveis e se adapta perfeitamente ao posicionamento das linhas de produção como o padrão futuro para a engenharia de superfície industrial.
