Por que o material composto de fibra de carbono se tornou líder entre os novos materiais?
Os materiais são a escada para o avanço da civilização material humana, e o desenvolvimento de novos materiais se tornou uma extensão transformadora da tecnologia. A composição de materiais também se tornou uma tendência importante no desenvolvimento. Entre estes, os materiais compostos de fibra de carbono surgiram como materiais compostos essenciais, melhorando continuamente seu desempenho. Este artigo discute por que os materiais compostos de fibra de carbono se tornaram líderes entre os novos materiais.
Materiais compostos de fibra de carbono são um novo tipo de material composto com fibras de carbono como reforço e resina como matriz. Todo o feixe de fibras de carbono contém fibras com um teor de carbono superior a 90%. Comparadas às fibras de vidro em materiais compostos, as fibras de carbono têm vantagens significativas. Em comparações de desempenho, a densidade das fibras de vidro é cerca de um terço maior do que a das fibras de carbono, mas sua resistência à tração é menor que dois terços daquela das fibras de carbono. Em comparação, as fibras de carbono têm excelentes aplicações em um mercado mais amplo.
A resistência específica e o módulo das fibras de carbono são muito maiores do que os do aço de alta resistência e das ligas de alumínio de alta resistência. Isso resulta em limites de resistência específica e módulo muito altos. Os termos "resistência específica" e "módulo específico" referem-se a materiais que têm uma densidade pequena, mas possuem resistência e módulo fortes, indicando, portanto, alta resistência específica e alto módulo específico. Como resultado, os materiais de fibra de carbono encontram amplas aplicações em vários campos.
Uma razão importante para a popularidade dos materiais compostos de fibra de carbono está significativamente relacionada ao seu desempenho.
Excelente desempenho mecânico
Para indústrias de ponta, leveza e alta resistência são padrões críticos. Materiais compostos de fibra de carbono, sem dúvida, apresentam essas propriedades únicas. A resistência específica dos compostos de fibra de carbono pode atingir 14 vezes a do aço e mais de 10 vezes a do alumínio, enquanto sua densidade também é muito menor do que a de outros materiais. Isso leva à redução efetiva de peso em produtos onde a economia de peso é essencial.
Por exemplo, na indústria de drones, a aplicação de compostos de fibra de carbono reduz muito o peso do corpo do drone, o que melhora significativamente sua resistência geral e tempo de voo. Com alta resistência, os chips internos do drone podem ser melhor protegidos. Essa vantagem é similarmente evidente em aplicações dentro do setor de transporte ferroviário.
Anisotropia e Designabilidade de Desempenho
Materiais compostos de fibra de carbono podem ser dispostos em camadas usando fitas prepreg unidirecionais, resultando em propriedades não uniformes e anisotrópicas em todas as suas dimensões. Isso significa que o desempenho das fitas unidirecionais será diferente nas direções vertical e horizontal. Os projetos de camadas podem otimizar o desempenho; por exemplo, áreas que exigem capacidades principais de suporte de carga podem precisar de maior conteúdo de fibra para atingir efeitos superiores de suporte de carga.
Devido à excelente flexibilidade e capacidade de design das fibras, componentes de formatos variados podem ser produzidos com eficiência sem a necessidade de soldagem secundária, melhorando significativamente a qualidade estética dos produtos.
Múltiplas escolhas para processos de fabricação
Ao produzir produtos de fibra de carbono a partir de materiais compostos de fibra de carbono, há muitas opções de processos de fabricação disponíveis. Os processos de formação para produtos de fibra de carbono incluem moldagem, enrolamento, autoclavagem, pultrusão, moldagem por transferência de resina, infusão a vácuo, laminação manual e muito mais. A escolha do processo de formação geralmente depende de fatores como a produção de produtos de fibra de carbono, desempenho do material e considerações de custo.
Por exemplo, tubos redondos de fibra de carbono podem usar processos de enrolamento e conformação por rolo, enquanto tubos quadrados de fibra de carbono geralmente adotam técnicas de conformação por rolo.
Boa resistência à fadiga
Após serem formados por meio de processos laminados, os produtos de fibra de carbono exibem forte resistência à fadiga. Quando ocorrem rachaduras, eles se expandem da superfície para dentro, demonstrando excelente resistência à fadiga em comparação à resistência à fadiga do aço e do alumínio.
Excelente resistência à corrosão
A presença de resina epóxi na superfície dos compósitos de fibra de carbono lhes confere excelente resistência à corrosão química e ácida, oferecendo vantagens significativas em vários ambientes desafiadores.
Além disso, muitos outros aspectos de desempenho entram em jogo. Por exemplo, placas de fibra de carbono usadas em dispositivos médicos possuem forte transparência de raios X, permitindo imagens mais claras enquanto reduz a exposição à radiação. São essas vantagens de alto desempenho que permitem que os materiais compostos de fibra de carbono se destaquem como líderes entre os materiais compostos de alto desempenho.
