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Polímeros reforçados com fibra de carbono

Polímeros reforçados com fibra de carbono ( inglês americano ), polímeros reforçados com fibra de carbono ( Commonwealth English ) ou plásticos reforçados com fibra de carbono ou termoplástico reforçado com fibra de carbono ( CFRP , CRP , CFRTP , também conhecido como fibra de carbono , composto de carbono , ou apenas carbono ), são plásticos reforçados com fibra extremamente fortes e leves que contêm fibras de carbono . CFRPs podem ser caros de produzir, mas são comumente usados ​​onde houver alta relação resistência-peso erigidez (rigidez) são necessárias, como aeroespacial, superestruturas de navios, automotivo, engenharia civil, equipamentos esportivos e um número crescente de aplicações técnicas e de consumo. [1]

Cauda de um helicóptero controlado por rádio , feito de CFRP

O polímero de ligação é frequentemente uma resina termoendurecida , como epóxi , mas às vezes são usados outros polímeros termoendurecíveis ou termoplásticos , como poliéster , éster de vinil ou náilon. As propriedades do produto CFRP final podem ser afetadas pelo tipo de aditivos introduzidos na matriz de ligação (resina). O aditivo mais comum é a sílica , mas outros aditivos como borracha e nanotubos de carbono podem ser usados.

A fibra de carbono é algumas vezes referida como polímero reforçado com grafite ou polímero reforçado com fibra de grafite ( GFRP é menos comum, pois entra em conflito com o polímero reforçado com fibra de vidro ).

Propriedades

CFRP são materiais compostos . Neste caso, o compósito consiste em duas partes: uma matriz e uma armadura. No CFRP o reforço é a fibra de carbono, que confere sua resistência. A matriz geralmente é uma resina polimérica, como epóxi, para unir os reforços. [2] Como o CFRP consiste em dois elementos distintos, as propriedades do material dependem desses dois elementos.

O reforço confere ao CFRP sua resistência e rigidez, medidas por tensão e módulo de elasticidade, respectivamente. Ao contrário de materiais isotrópicos como aço e alumínio, CFRP tem propriedades de força direcional. As propriedades do CFRP dependem dos layouts da fibra de carbono e da proporção das fibras de carbono em relação ao polímero. [3] As duas equações diferentes que regem o módulo de elasticidade líquido de materiais compósitos usando as propriedades das fibras de carbono e da matriz de polímero também podem ser aplicadas a plásticos reforçados com fibra de carbono. [4] A seguinte equação,

E c = V m E m + V f E f {\ displaystyle E_ {c} = V_ {m} E_ {m} + V_ {f} E_ {f}} E_{c}=V_{m}E_{m}+V_{f}E_{f}

é válido para materiais compostos com as fibras orientadas na direção da carga aplicada. E c {\ displaystyle E_ {c}} E_{c} é o módulo composto total, V m {\ displaystyle V_ {m}} V_{m} e V f {\ displaystyle V_ {f}} V_{f} são as frações de volume da matriz e fibra, respectivamente, no composto, e E m {\ displaystyle E_ {m}} E_{m} e E f {\ displaystyle E_ {f}} E_{f}são os módulos elásticos da matriz e das fibras, respectivamente. [4] O outro caso extremo do módulo de elasticidade do compósito com as fibras orientadas transversalmente à carga aplicada pode ser encontrado usando a seguinte equação: [4]

E c = ( V m E m + V f E f ) - 1 {\ displaystyle E_ {c} = \ left ({\ frac {V_ {m}} {E_ {m}}} + {\ frac {V_ {f}} {E_ {f}}} \ right) ^ {- 1}} {\displaystyle E_{c}=\left({\frac {V_{m}}{E_{m}}}+{\frac {V_{f}}{E_{f}}}\right)^{-1}}

A tenacidade à fratura de plásticos reforçados com fibra de carbono é governada pelos seguintes mecanismos: 1) descolamento entre a fibra de carbono e a matriz polimérica, 2) tração da fibra e 3) delaminação entre as folhas de CFRP. [5] CFRPs baseados em epóxi típicos não exibem virtualmente nenhuma plasticidade, com menos de 0,5% de tensão até a falha. Embora os CFRPs com epóxi tenham alta resistência e módulo de elasticidade, a mecânica da fratura frágil apresenta desafios únicos aos engenheiros na detecção de falhas, uma vez que a falha ocorre catastroficamente. [5] Como tal, esforços recentes para endurecer CFRPs incluem modificar o material epóxi existente e encontrar matriz de polímero alternativa. Um desses materiais com grande promessa é o PEEK , que exibe uma ordem de magnitude maior de tenacidade com módulo de elasticidade e resistência à tração semelhantes. [5] No entanto, PEEK é muito mais difícil de processar e mais caro. [5]

Apesar de sua alta relação resistência-peso inicial, uma limitação do projeto de CFRP é a falta de um limite de fadiga definível . Isso significa, teoricamente, que a falha do ciclo de tensão não pode ser descartada. Embora o aço e muitos outros metais e ligas estruturais tenham fadiga estimável ou limites de resistência, os modos de falha complexos dos compósitos significam que as propriedades de falha por fadiga do CFRP são difíceis de prever e projetar. Como resultado, ao usar CFRP para aplicações críticas de carregamento cíclico, os engenheiros podem precisar projetar margens de segurança de resistência consideráveis ​​para fornecer confiabilidade de componente adequada ao longo de sua vida útil.

Os efeitos ambientais, como temperatura e umidade, podem ter efeitos profundos nos compostos à base de polímeros, incluindo a maioria dos CFRPs. Embora os CFRPs demonstrem excelente resistência à corrosão, o efeito da umidade em amplas faixas de temperatura pode levar à degradação das propriedades mecânicas dos CFRPs, particularmente na interface matriz-fibra. [6] Embora as próprias fibras de carbono não sejam afetadas pela umidade que se difunde no material, a umidade plastifica a matriz polimérica. [5] Isso levou a mudanças significativas nas propriedades que são influenciadas predominantemente pela matriz em CFRPs, como propriedades de compressão, cisalhamento interlaminar e impacto. [7] A matriz epóxi usada para as pás do ventilador do motor é projetada para ser impermeável contra combustível de aviação, lubrificação e água da chuva, e pintura externa nas peças compostas é aplicada para minimizar os danos da luz ultravioleta. [5] [8]

As fibras de carbono podem causar corrosão galvânica quando as peças CRP são fixadas em alumínio ou aço-carbono, mas não em aço inoxidável ou titânio. [9]

Plásticos reforçados com fibra de carbono são muito difíceis de usinar e causam desgaste significativo da ferramenta. O desgaste da ferramenta na usinagem CFRP depende da orientação da fibra e da condição de usinagem do processo de corte. Para reduzir o desgaste da ferramenta, vários tipos de ferramentas revestidas são usados ​​na usinagem de CFRP e CFRP-metal stack. [1]

Fabricar

Polímero reforçado com fibra de carbono

O elemento principal do CFRP é um filamento de carbono ; isso é produzido a partir de um polímero precursor , como poliacrilonitrila (PAN), rayon ou piche de petróleo . Para polímeros sintéticos como PAN ou rayon, o precursor é primeiro fiado em fios de filamento, usando processos químicos e mecânicos para alinhar inicialmente as cadeias de polímero de forma a aumentar as propriedades físicas finais da fibra de carbono concluída. As composições precursoras e os processos mecânicos usados ​​durante a fiação dos fios de filamento podem variar entre os fabricantes. Depois de estirar ou girar, os fios de filamento de polímero são então aquecidos para expulsar os átomos de não carbono ( carbonização ), produzindo a fibra de carbono final. Os fios de filamento de fibras de carbono podem ser posteriormente tratados para melhorar as qualidades de manuseio e, em seguida, enrolados em bobinas . [10] A partir dessas fibras, uma folha unidirecional é criada. Essas folhas são colocadas umas sobre as outras em uma configuração quase isotrópica, por exemplo, 0 °, + 60 ° ou -60 ° em relação uma à outra.

A partir da fibra elementar, pode-se criar uma folha tecida bidirecional, ou seja, uma sarja com trama 2/2. O processo pelo qual a maioria dos CFRPs é feita varia, dependendo da peça que está sendo criada, do acabamento (brilho externo) necessário e de quantas peças da peça serão produzidas. Além disso, a escolha da matriz pode ter um efeito profundo nas propriedades do compósito acabado.

Muitas peças CFRP são criadas com uma única camada de tecido de carbono que é feito de fibra de vidro. Uma ferramenta chamada metralhadora é usada para criar rapidamente essas peças compostas. Uma vez que uma casca fina é criada de fibra de carbono, o picador corta rolos de fibra de vidro em comprimentos curtos e pulveriza resina ao mesmo tempo, de modo que a fibra de vidro e a resina sejam misturadas no local. A resina pode ser uma mistura externa, em que o endurecedor e a resina são pulverizados separadamente, ou uma mistura interna, que exige limpeza após cada uso. Os métodos de fabricação podem incluir o seguinte:

Moldagem

Um método de produção de peças de CFRP é por camadas de folhas de tecido de fibra de carbono em um molde no formato do produto final. O alinhamento e a trama das fibras do tecido são escolhidos para otimizar as propriedades de resistência e rigidez do material resultante. O molde é então preenchido com epóxi e aquecido ou curado ao ar. A parte resultante é muito resistente à corrosão, rígida e forte para seu peso. As peças usadas em áreas menos críticas são fabricadas colocando um pano sobre um molde, com epóxi pré-impregnado nas fibras (também conhecido como pré-preg ) ou "pintado" sobre ele. As peças de alto desempenho que usam moldes individuais geralmente são ensacadas a vácuo e / ou curadas em autoclave , porque mesmo pequenas bolhas de ar no material reduzem a resistência. Uma alternativa ao método de autoclave é usar pressão interna por meio de bolsas de ar infláveis ​​ou espuma EPS dentro da fibra de carbono depositada não curada.

Ensaque a vácuo

Para peças simples, das quais são necessárias relativamente poucas cópias (1–2 por dia), um saco a vácuo pode ser usado. Um molde de fibra de vidro, fibra de carbono ou alumínio é polido e encerado e tem um agente desmoldante aplicado antes da aplicação do tecido e da resina, e o vácuo é puxado e colocado de lado para permitir que a peça cure (endureça). Existem três maneiras de aplicar a resina ao tecido em um molde a vácuo.

O primeiro método é manual e chamado de layup úmido, onde a resina de duas partes é misturada e aplicada antes de ser colocada no molde e colocada no saco. O outro é feito por infusão, onde o tecido seco e o molde são colocados dentro da bolsa enquanto o vácuo puxa a resina por um pequeno tubo para dentro da bolsa, depois por um tubo com orifícios ou algo semelhante para espalhar uniformemente a resina por todo o tecido . O tear de arame funciona perfeitamente para um tubo que requer furos dentro da bolsa. Ambos os métodos de aplicação de resina requerem trabalho manual para espalhar a resina uniformemente para um acabamento brilhante com orifícios de alfinetes muito pequenos.

Um terceiro método de construção de materiais compostos é conhecido como layup seco. Aqui, o material de fibra de carbono já está impregnado com resina (pre-preg) e é aplicado no molde de forma semelhante ao filme adesivo. A montagem é então colocada em vácuo para curar. O método de layup seco tem a menor quantidade de resíduos de resina e pode atingir construções mais leves do que layup úmido. Além disso, como grandes quantidades de resina são mais difíceis de sangrar com métodos de layup úmido, as peças pré-impregnadas geralmente têm menos orifícios. A eliminação de pinhole com quantidades mínimas de resina geralmente requer o uso de pressões de autoclave para purgar os gases residuais.

Moldagem por compressão

Um método mais rápido usa um molde de compressão . Este é um molde de duas peças (macho e fêmea) geralmente feito de alumínio ou aço que é pressionado junto com o tecido e a resina entre os dois. O benefício é a velocidade de todo o processo. Alguns fabricantes de automóveis, como a BMW, afirmam ser capazes de pedalar uma nova peça a cada 80 segundos. No entanto, esta técnica tem um custo inicial muito elevado, uma vez que os moldes requerem usinagens CNC de altíssima precisão.

Enrolamento de filamento

Para formas difíceis ou complicadas, um enrolador de filamento pode ser usado para fazer peças de CFRP enrolando os filamentos em torno de um mandril ou núcleo.

Formulários

Os pedidos de CFRP incluem o seguinte:

Engenharia aeroespacial

Um Airbus A350 com decoração temática de fibra de carbono . Os materiais compostos são usados ​​extensivamente em todo o A350.

O Airbus A350 XWB é construído em 52% CFRP [11] incluindo longarinas e componentes da fuselagem, ultrapassando o Boeing 787 Dreamliner , para a aeronave com maior relação de peso para CFRP, que é 50%. [12] Esta foi uma das primeiras aeronaves comerciais a ter longarinas de asas feitas de compósitos. O Airbus A380 foi um dos primeiros aviões comerciais a ter uma caixa da asa central feita de CFRP; é o primeiro a ter uma seção transversal de asa suavemente contornada, em vez de as asas serem divididas em seções ao longo do vão. Esta seção transversal fluida e contínua otimiza a eficiência aerodinâmica. [ Citação necessário ] Além disso, o bordo de fuga, juntamente com a antepara posterior, empenagem , e fuselagem pressurizado-un são feitos de CFRP. [13] No entanto, muitos atrasos atrasaram as datas de entrega de pedidos devido a problemas com a fabricação dessas peças. Muitas aeronaves que usam CFRP experimentaram atrasos nas datas de entrega devido aos processos relativamente novos usados ​​para fazer componentes de CFRP, enquanto as estruturas metálicas foram estudadas e usadas em fuselagens por anos e os processos são relativamente bem compreendidos. Um problema recorrente é o monitoramento do envelhecimento estrutural, para o qual novos métodos são constantemente investigados, devido à natureza incomum de multimaterial e anisotrópica do CFRP. [14]

Em 1968, um conjunto de ventilador de fibra de carbono Hyfil estava em serviço no Rolls-Royce Conways dos Vickers VC10s operados pela BOAC . [15]

Os projetistas e fabricantes especializados de aeronaves Scaled Composites fizeram uso extensivo de CFRP em toda a sua gama de projetos, incluindo a primeira espaçonave tripulada privada Spaceship One . CFRP é amplamente utilizado em micro veículos aéreos (MAVs) devido à sua alta relação resistência / peso.

Engenharia Automotiva

Citroën SM que venceu o Rally de Marrocos de 1971 com rodas de fibra de carbono
1996 McLaren F1 - primeira carroceria de fibra de carbono
McLaren MP4 (MP4 / 1), primeiro carro de F1 em fibra de carbono.

Os CFRPs são amplamente usados ​​em corridas de automóveis de ponta. [16] O alto custo da fibra de carbono é mitigado pela relação peso-resistência insuperável do material, e o baixo peso é essencial para corridas de automóveis de alto desempenho. Os fabricantes de carros de corrida também desenvolveram métodos para dar resistência às peças de fibra de carbono em uma determinada direção, tornando-as fortes na direção de suporte de carga, mas fracas em direções onde pouca ou nenhuma carga seria colocada no membro. Por outro lado, os fabricantes desenvolveram tramas de fibra de carbono omnidirecionais que aplicam força em todas as direções. Este tipo de conjunto de fibra de carbono é mais amplamente utilizado no conjunto de chassi monocoque de "célula de segurança" de carros de corrida de alto desempenho. O primeiro chassi monocoque de fibra de carbono foi introduzido na Fórmula 1 pela McLaren na temporada de 1981. Ele foi projetado por John Barnard e foi amplamente copiado nas temporadas seguintes por outras equipes de F1 devido à rigidez extra fornecida ao chassi dos carros. [17]

Muitos supercarros nas últimas décadas incorporaram CFRP extensivamente em sua fabricação, usando-o em seus chassis monocoque, bem como em outros componentes. [18] Já em 1971, o Citroën SM oferecia rodas de fibra de carbono leves opcionais. [19] [20]

O uso do material foi mais prontamente adotado por fabricantes de baixo volume que o usaram principalmente para criar painéis de carroceria para alguns de seus carros de última geração, devido à sua maior resistência e peso reduzido em comparação com o polímero reforçado com vidro que usaram para o maioria de seus produtos.

Engenharia Civil

O CFRP se tornou um material notável em aplicações de engenharia estrutural . Estudado em um contexto acadêmico quanto aos seus benefícios potenciais na construção, também se mostrou eficaz em termos de custo em uma série de aplicações de campo no reforço de estruturas de concreto, alvenaria, aço, ferro fundido e madeira. Seu uso na indústria pode ser tanto para reforma para fortalecer uma estrutura existente ou como um material de reforço alternativo (ou pré-tensionado) em vez de aço desde o início de um projeto.

O retrofit tornou-se o uso cada vez mais dominante do material na engenharia civil, e as aplicações incluem o aumento da capacidade de carga de estruturas antigas (como pontes) que foram projetadas para tolerar cargas de serviço muito mais baixas do que estão experimentando hoje, retrofit sísmico e reparo de estruturas danificadas. O retrofit é popular em muitos casos, pois o custo de substituir a estrutura deficiente pode exceder em muito o custo de reforço usando CFRP. [21]

Aplicado a estruturas de concreto armado para flexão, CFRP normalmente tem um grande impacto na resistência (dobrar ou mais a resistência da seção não é incomum), mas apenas um aumento moderado na rigidez (talvez um aumento de 10%). Isso ocorre porque o material usado nesta aplicação é tipicamente muito forte (por exemplo, resistência à tração final de 3000 MPa , mais de 10 vezes o aço carbono), mas não particularmente rígido (150 a 250 GPa, um pouco menos do que o aço, é típico). Como consequência, apenas pequenas áreas de seção transversal do material são usadas. Pequenas áreas de material de resistência muito alta, mas com rigidez moderada, aumentarão significativamente a resistência, mas não a rigidez.

O CFRP também pode ser aplicado para aumentar a resistência ao cisalhamento do concreto armado, envolvendo tecidos ou fibras ao redor da seção a ser reforçada. O envolvimento em torno das seções (como pontes ou colunas de construção) também pode aumentar a ductilidade da seção, aumentando muito a resistência ao colapso sob carga de terremoto. Esse 'retrofit sísmico' é a principal aplicação em áreas sujeitas a terremotos, uma vez que é muito mais econômico do que métodos alternativos.

Se uma coluna é circular (ou quase isso), um aumento na capacidade axial também é obtido por envolvimento. Nesta aplicação, o confinamento do envoltório de CFRP aumenta a resistência à compressão do concreto. No entanto, embora grandes aumentos sejam alcançados na carga de colapso final, o concreto irá rachar apenas com uma carga ligeiramente aumentada, o que significa que esta aplicação é usada apenas ocasionalmente. O módulo ultra-alto especialista em CFRP (com módulo de tração de 420 GPa ou mais) é um dos poucos métodos práticos de reforço de vigas de ferro fundido. Em uso típico, ele é colado ao flange de tração da seção, aumentando a rigidez da seção e abaixando o eixo neutro , reduzindo significativamente a tensão de tração máxima no ferro fundido.

Nos Estados Unidos, os tubos cilíndricos de concreto protendido (PCCP) respondem pela grande maioria das redes de transmissão de água. Devido aos seus grandes diâmetros, as falhas do PCCP são geralmente catastróficas e afetam grandes populações. Aproximadamente 19.000 milhas (31.000 km) de PCCP foram instaladas entre 1940 e 2006. A corrosão na forma de fragilização por hidrogênio foi responsabilizada pela deterioração gradual dos fios de pré-tensionamento em muitas linhas de PCCP. Na última década, os CFRPs foram usados ​​para revestir internamente o PCCP, resultando em um sistema de reforço totalmente estrutural. Dentro de uma linha PCCP, o liner CFRP atua como uma barreira que controla o nível de tensão experimentado pelo cilindro de aço no tubo hospedeiro. O revestimento composto permite que o cilindro de aço atue dentro de sua faixa elástica, para garantir que o desempenho de longo prazo da tubulação seja mantido. Os projetos do liner CFRP são baseados na compatibilidade de tensão entre o liner e o tubo hospedeiro. [22]

O CFRP é um material mais caro do que seus equivalentes na indústria da construção, polímero reforçado com fibra de vidro (GFRP) e polímero reforçado com fibra de aramida (AFRP), embora o CFRP seja, em geral, considerado como tendo propriedades superiores. Muitas pesquisas continuam a ser feitas sobre o uso de CFRP tanto para retrofit quanto como alternativa ao aço como material de reforço ou pré-tensionamento. O custo continua sendo um problema e as questões de durabilidade a longo prazo ainda permanecem. Alguns estão preocupados com a natureza frágil do CFRP, em contraste com a ductilidade do aço. Embora os códigos de projeto tenham sido elaborados por instituições como o American Concrete Institute, ainda existe alguma hesitação entre a comunidade de engenheiros quanto à implementação desses materiais alternativos. Em parte, isso se deve à falta de padronização e à natureza proprietária das combinações de fibra e resina no mercado.

Microeletrodos de fibra de carbono

As fibras de carbono são usadas para a fabricação de microeletrodos de fibra de carbono . Nesta aplicação, normalmente, uma única fibra de carbono com diâmetro de 5–7 μm é selada em um capilar de vidro. [23] Na ponta, o capilar é selado com epóxi e polido para fazer microeletrodo de disco de fibra de carbono ou a fibra é cortada em um comprimento de 75-150 μm para fazer um eletrodo cilíndrico de fibra de carbono. Microeletrodos de fibra de carbono são usados ​​em amperometria ou voltametria cíclica de varredura rápida para detecção de sinalização bioquímica.

Artigos esportivos

Uma canoa de fibra de carbono e Kevlar (Placid Boatworks Rapidfire no Adirondack Canoe Classic )

CFRP é agora amplamente utilizados em equipamentos esportivos, como no squash, tênis e raquetes de badminton, desporto pipa longarinas, eixos de direção de alta qualidade, varas de hóquei, varas de pesca, pranchas de surf , nadadeiras de ponta, e remo conchas . Atletas amputados como Jonnie Peacock usam lâminas de fibra de carbono para correr. É usado como uma haste em alguns tênis de basquete para manter o pé estável, geralmente percorrendo o comprimento do calçado logo acima da sola e deixando-o exposto em algumas áreas, geralmente no arco.

Controversamente, em 2006, tacos de críquete com uma fina camada de fibra de carbono nas costas foram introduzidos e usados ​​em partidas competitivas por jogadores de alto nível, incluindo Ricky Ponting e Michael Hussey . Alegou-se que a fibra de carbono apenas aumentava a durabilidade dos morcegos, mas foi banida de todas as lutas de primeira classe pelo ICC em 2007. [24]

Um quadro de bicicleta CFRP pesa menos do que um de aço, alumínio ou titânio com a mesma resistência. O tipo e a orientação da trama de fibra de carbono podem ser projetados para maximizar a rigidez nas direções necessárias. Os quadros podem ser ajustados para atender a diferentes estilos de pilotagem: os eventos de sprint exigem quadros mais rígidos, enquanto os eventos de resistência podem exigir quadros mais flexíveis para o conforto do piloto por longos períodos. [25] A variedade de formatos em que pode ser construído aumentou ainda mais a rigidez e também permitiu seções de tubo aerodinâmicas . Garfos CFRP, incluindo coroas de garfo de suspensão e direção, guiador , espigão de selim e pedivela estão se tornando mais comuns em bicicletas de médio e alto preço. Os aros de CFRP permanecem caros, mas sua estabilidade em comparação com o alumínio reduz a necessidade de retificar uma roda e a massa reduzida reduz o momento de inércia da roda. Os raios CFRP são raros e a maioria dos rodados de carbono mantém os raios tradicionais de aço inoxidável. O CFRP também aparece cada vez mais em outros componentes, como peças do desviador, alavancas de freio e câmbio e carrocerias, porta-rodas dentadas de cassete, articulações de suspensão, rotores de freio a disco, pedais, solas de sapato e trilhos de sela. Embora forte e leve, o impacto, o torque excessivo ou a instalação inadequada de componentes CFRP resultaram em rachaduras e falhas, que podem ser difíceis ou impossíveis de reparar. [26] [27]

Outras aplicações

A resistência ao fogo de polímeros e compostos termopolímeros é significativamente melhorada se uma fina camada de fibras de carbono for moldada perto da superfície, porque uma camada densa e compacta de fibras de carbono reflete o calor de forma eficiente. [28]

CFRP está sendo usado em um número crescente de produtos de alta tecnologia que requerem rigidez e baixo peso, incluindo:

  • Instrumentos musicais, incluindo arcos de violino; palhetas, braços (hastes de fibra de carbono) e palhetas de guitarra; conchas de tambor; cantores de gaita de foles; e instrumentos musicais inteiros, como os violoncelos, violas e violinos de fibra de carbono de Luis e Clark ; e violões e cavaquinhos da Blackbird Guitars ; também componentes de áudio, como toca-discos e alto-falantes.
  • Armas de fogo o usam para substituir certos componentes de metal, madeira e fibra de vidro, mas muitas das peças internas ainda são limitadas a ligas de metal, pois os plásticos reforçados atuais são inadequados.
  • Corpos de drones de alto desempenho e outros componentes de veículos e aeronaves controlados por rádio, como as pás do rotor de helicópteros.
  • Varas leves, como: pernas de tripé, varas de barracas, varas de pescar, tacos de bilhar, bengalas e varas de alto alcance, como para limpeza de janelas.
  • Odontologia, pinos de fibra de carbono são usados ​​na restauração de dentes tratados com canal radicular.
  • Trem criticou bogies para o serviço de passageiros. Isso reduz o peso em até 50% em comparação com truques de metal, o que contribui para a economia de energia. [29]
  • Invólucros para laptop e outros casos de alto desempenho.
  • Tecidos de carbono. [30] [31]
  • Tiro com arco, flechas e parafusos de fibra de carbono, coronha e trilho.
  • Como um filamento para o processo de impressão de modelagem por deposição fundida 3D, o plástico reforçado com fibra de carbono (filamento de poliamida-carbono) é usado para a produção de ferramentas e peças resistentes, mas leves, devido à sua alta resistência e comprimento de rasgo. [32]
  • Reabilitação do tubo de aquecimento urbano, utilizando o método CIPP.

Eliminação e reciclagem

Os CFRPs têm uma longa vida útil quando protegidos do sol. Quando é hora de desativar os CFRPs, eles não podem ser derretidos no ar como muitos metais. Quando livre de vinil (PVC ou cloreto de polivinila ) e outros polímeros halogenados, os CFRPs podem ser decompostos termicamente por meio de despolimerização térmica em um ambiente livre de oxigênio. Isso pode ser realizado em uma refinaria em um processo de uma etapa. A captura e reutilização do carbono e monômeros é então possível. Os CFRPs também podem ser triturados ou triturados em baixa temperatura para recuperar a fibra de carbono; no entanto, esse processo encurta as fibras drasticamente. Assim como acontece com o papel reciclado , as fibras encurtadas fazem com que o material reciclado seja mais fraco do que o material original. Ainda existem muitas aplicações industriais que não precisam da resistência do reforço de fibra de carbono de comprimento total. Por exemplo, a fibra de carbono reciclada picada pode ser usada em produtos eletrônicos de consumo, como laptops. Fornece excelente reforço dos polímeros usados, mesmo que não tenha a relação resistência-peso de um componente aeroespacial.

Polímero reforçado com nanotubo de carbono (CNRP)

Em 2009, a Zyvex Technologies lançou epóxi reforçado com nanotubo de carbono e pré-pregs de carbono . [33] O polímero reforçado com nanotubo de carbono (CNRP) é várias vezes mais forte e resistente do que o CFRP e é usado no Lockheed Martin F-35 Lightning II como um material estrutural para aeronaves. [34] O CNRP ainda usa fibra de carbono como reforço primário, [35] mas a matriz de ligação é um epóxi preenchido com nanotubo de carbono. [36]

Veja também

  • Fibras de carbono  - fibras materiais com cerca de 5–10 μm de diâmetro compostas de carbono
  • Reparo de compósito
  • Mecânica das lâminas de corrida de Oscar Pistorius  - Lâminas usadas pelo corredor paraolímpico sul-africano Oscar Pistorius
  • Carbono-carbono reforçado

Referências

  1. ^ a b Nguyen, Dinh; Abdullah, Mohammad Sayem Bin; Khawarizmi, Ryan; Kim, Dave; Kwon, Patrick (2020). "O efeito da orientação da fibra no desgaste da ferramenta em laminados de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP)". Desgaste . Elsevier BV 450–451: 203213. doi : 10.1016 / j.wear.2020.203213 . ISSN  0043-1648 .
  2. ^ Kopeliovich, Dmitri. "Compósitos de polímero reforçado com fibra de carbono" . Arquivado do original em 14 de maio de 2012.. substech.com
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links externos

  • Associação Japonesa de Fabricantes de Fibra de Carbono (inglês)
  • Engenheiros projetam um sistema de contraventamento composto para Hokie que corre atrás de Cedric Humes ferido
  • The New Steel, um artigo de voo de 1968 sobre o anúncio da fibra de carbono
  • Fibras de carbono - os primeiros cinco anos Um artigo de voo de 1971 sobre fibra de carbono no campo da aviação
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