Fibra de carbono: propriedades, fotos, produção, uso. O que é carbono? O que é tecido de carbono

A fibra de carbono (ou fibra de carbono) é composta de muitos fios finos (0,09 mm de diâmetro) de carbono que tem a resistência da liga de aço com um peso muito menor (quase o mesmo que o alumínio). Esses fios são tecidos em fibra; o resultado é um tecido muito durável. As fibras podem ser dispostas aleatoriamente ou em forma de tecelagem.

A matéria-prima para a produção da fibra de carbono é a poliacrilonitrila, uma substância branca com propriedades que lembram a lã. É aquecido diversas vezes em ambiente de gases inertes. Na primeira fase, a uma temperatura de +260°C, a estrutura da substância é alterada (a nível molecular), depois a +700°C, os átomos de carbono são “forçados a libertar” hidrogénio. Gradualmente, ao longo de vários tempos de aquecimento, ele chega a +3.000°C - esse processo é chamado de grafitização. Como resultado, há mais carbono e as ligações entre os seus átomos são mais fortes. Simplificando, a fibra de carbono pode ser considerada fibra de carbono que foi aquecida ao ponto de carbonizar.

Características e aplicação do carbono

Uma das principais qualidades positivas do carbono é a sua alta resistência, chegando a 1.500 kg/metro cúbico. M. Ao mesmo tempo, a resistência à tração atinge 1800 mPa. O limite de temperatura deste material é +2000°C. Os fios de fibra de carbono só funcionam bem quando tensionados, portanto, criar uma estrutura rígida é muito problemático. O carbono é bastante frágil e desmorona com o impacto, por isso é quase impossível reparar a peça. Com a exposição constante à radiação ultravioleta, a fibra de carbono perde sua cor original. Contudo, as propriedades positivas superam as negativas; Isto é confirmado pela fabricação de discos e pastilhas de freio para carros esportivos, sem falar na tecnologia espacial.

Uma das características do carbono é a sua gravidade específica (ou densidade do tecido), expressa em g/sq. M. Este parâmetro depende da espessura da fibra, que pode conter vários milhares de fios. Por exemplo, se a marcação contiver a designação 2K, então a fibra contém 2.000 fios. A fibra de carbono mais durável é designada pela abreviatura UHM. Além da densidade, uma característica importante é a forma de tecer os fios (está ausente no material mais barato).

Ao ajustar veículos, os tipos de tecelagem mais utilizados são Sarja, Cetim e Liso. O número mais comum de threads em uma fibra é de 1 a 24K. Este último tipo de tecido é amplamente utilizado na fabricação de equipamentos militares que sofrem enormes tensões.

Os motoristas para quem a aparência de um veículo é importante conhecem bem os meios utilizados para ajustes externos e internos. Um dos materiais espetaculares mais famosos usados na afinação é a fibra de carbono. Para que o material corresponda às expectativas depositadas nele para a transformação do carro, é preciso conhecer as vantagens e desvantagens, pois o carbono não é apenas uma ferramenta de tuning única, mas também uma forma de aliviar a estrutura do carro, tornando-o mais forte.

Características do carbono

O nome do material, “carbono”, é uma expressão simplificada de origem inglesa (fibra de carbono – “fibra de carbono”). Esta palavra pode significar uma variedade de materiais com características físicas e químicas semelhantes. Porém, todos os indicadores também permitem classificar o material como um grupo de plásticos.

A substância comum que permite que o carbono seja classificado neste grupo é o enchimento de fibra de carbono, mas os ligantes usados no carbono serão diferentes. Como ainda não existe uma classificação estritamente estabelecida de materiais no grupo das fibras de carbono, o filme de polietileno com filamentos de carbono soldados também pode ser incluído neste grupo.

O carbono deve o seu aparecimento no sector automóvel, nomeadamente nos trabalhos de tuning, à sua utilização na indústria de defesa, tendo depois os méritos do material sido apreciados noutras áreas, incluindo o nicho desportivo e o tuning automóvel.

Descrição do material

O carbono consiste em fios de carbono entrelaçados em grandes quantidades, e a fixação entre um grande número de fios é feita com resina epóxi. Para garantir a maior resistência do material, os fios devem ser colocados em um determinado ângulo. Assim, o principal componente do material compósito é um fio de carbono que não pode ser quebrado ou rasgado. A utilização de tecnologias modernas permite-nos produzir materiais de afinação com uma grande variedade de padrões e relevos.

Vantagens e desvantagens

Antes de usar o material, você deve conhecer as propriedades e características básicas de trabalho e operação do material e objetos processados com carbono.

A tecelagem especial confere ao material alta resistência e oferece uma vantagem indiscutível sobre outros materiais, inclusive o metal.

O carbono é leve – 50% mais leve que o aço e 20% mais leve que o alumínio.

Outra propriedade notável é a sua resistência à tração especial. Uma peça feita com carbono melhorou as propriedades de consumo. Estes indicadores do composto permitem implementá-lo com sucesso no domínio do automobilismo.

O material é um meio reconhecido de proporcionar segurança adicional aos pilotos de automóveis desportivos, e também tem impacto na melhoria do desempenho desportivo, uma vez que o peso do veículo desportivo tem um enorme impacto na garantia da máxima estabilidade do automóvel.

Contudo, a utilização do carbono também tem as suas desvantagens. Em primeiro lugar, estamos falando do alto custo do compósito, baseado na complexidade das tecnologias únicas utilizadas na produção, bem como do alto custo inicial dos materiais de partida: na colagem entre camadas de carbono, resinas caras com melhoramento características de qualidade são usadas.

Apesar da sua resistência, a fibra de carbono deve evitar impactos precisos, bem como impactos mecânicos rápidos e significativos. Assim, danos podem ser causados mesmo que uma pequena pedra atinja com precisão uma parte do carro que contenha um elemento de carbono.

Outro perigo do qual vale a pena proteger a superfície de carbono são os raios solares. Seu impacto é prejudicial à aparência dos produtos feitos com esse material. Se você não tomar medidas para proteger seu carro do sol direto, a aparência ficará arruinada em pouco tempo.

Áreas de aplicação de carbono

Como já mencionado, os motoristas conhecem bem este material, graças à sua utilização em trabalhos de tuning. A alta valorização das aplicações práticas contribuiu para um aumento acentuado na popularidade do material. Atualmente, a questão da transição do uso em tuning para o uso na produção em massa de automóveis é relevante.

As principais características que contribuem para a expansão do uso do carbono são:

resistência e leveza do material;
a possibilidade de aplicar um padrão decorativo para melhorar a aparência;
a capacidade de brilhar na luz devido ao reflexo dos raios pela superfície de numerosos fios;
exclusividade de cor e aparência.

Estas capacidades foram avaliadas por fabricantes de automóveis, bem como por organizações que trabalham no setor automóvel. O uso de fibra de carbono para usuários comuns significa tecnologia avançada e inovação de uma empresa de melhorias automotivas.

Vídeo sobre o uso de fibra de carbono

Deve-se notar que a fibra de carbono, classificada como fibra de carbono, possui muitos materiais relacionados que estão incluídos no mesmo grupo e possuem características de consumo semelhantes.

O que é carbono?

O carbono é um tecido técnico composto por milhares de fibras de carbono entrelaçadas para formar o mesmo tecido. A fibra de carbono vem em uma ampla variedade de tramas, dependendo da aplicação pretendida e é apenas uma parte de um material estrutural que inclui muitas peças conhecidas como materiais compósitos. Os compósitos são feitos de componentes que combinam as qualidades de diferentes materiais, e o objetivo é evitar rigidez ou obter resistência. No caso de carbono, fibra de vidro, Kevlar ou outros tecidos similares, o material compósito em questão é denominado FRP (Fiber Reinforced Polymer). Na produção desse polímero, o tecido é utilizado para “fortalecer” a rigidez estrutural da subcamada de resina. A resina fornece resistência ao compósito, enquanto o carbono adiciona integridade estrutural ao plástico que de outra forma seria frágil.

Como o carbono é produzido?

A fibra de carbono (fibra de carbono), como o próprio nome sugere, é um tecido constituído apenas por carvão e não possui outros elementos em sua composição. Mas iniciar a produção simplesmente com fibra de carbono e criar um tecido com fibras entrelaçadas seria uma façanha real, mas ilusória. Em vez de usar a fibra de carbono como matéria-prima, as fábricas têxteis estão começando com plásticos de composição molecular mais complexa, onde a espessura do fio é menor que a espessura de um fio de cabelo humano. Então é necessária uma série de ações específicas, que vão desde o tratamento térmico até o tratamento químico. O resultado final desses processos complexos é o refinamento da composição dos materiais poliméricos à sua forma mais empírica - a forma de carbono puro.

O carbono é frequentemente medido e vendido com base em vários critérios, o tipo de trama da fibra, valores absolutos (medindo a resistência de uma única fibra) e o peso do tecido. Todas as medidas estão em onças por jarda quadrada, mais o número de fibras (geralmente variando de 3.000 a 12.000 fibras).

Que tipos de trama existem?

Tecido unidirecional:

A tecelagem unidirecional significa que todas as fibras de carbono são direcionadas na mesma direção. A tecelagem neste estilo não é visível a olho nu. Como não existe tecelagem propriamente dita, os fios de fibra devem ser mantidos juntos de alguma forma. E neste caso é necessário puxar outro fio na diagonal ou perpendicularmente para que o tecido fique liso e uniforme (e este elemento de tecelagem não é estrutural). Devido ao fato do tecido ser rígido em apenas uma direção, esse tipo de trama raramente é utilizado no automobilismo, onde a carga pode ir em qualquer direção.

Tecelagem de fibra bidirecional:

O carbono de trama bidirecional é o tipo básico e mais comum de trama de fibra. Os fios são entrelaçados entre si no ângulo desejado, fazendo com que o tecido receba uma estrutura tipo “tabuleiro de xadrez”, onde os fios do tecido são dispostos lateralmente e verticalmente. Neste caso, todas as fibras são direcionadas de forma que a carga possa ser aplicada em qualquer direção, enquanto o material compósito deve manter sua resistência.

Tecendo diagonalmente em dois através de dois fios

Tecido diagonalmente dois por dois é o tipo mais comum de tecido de fibra de carbono e é amplamente utilizado em esportes motorizados. Esta trama é um pouco mais complexa em comparação com a fibra bidirecional porque dois fios passam sobre os outros dois fios, um sobre dois ou dois sobre um. Como resultado desse entrelaçamento de fios, um padrão de espinha de peixe é criado no tecido. Pelo fato de tecer dois a dois fios na diagonal com fios verticais e horizontais (fios de urdidura e de trama), o tecido torna-se muito flexível e pode assumir diversos formatos complexos. Ao trabalhar com fibra de carbono deste tipo de tecelagem, não é necessário realizar trabalhos como “empacotamento”, “alongamento” ou corte.

Tecendo diagonalmente em quatro a quatro fios

Semelhante à tecelagem diagonal de dois a dois fios, ou seja, de quatro a quatro fios, este tipo refere-se a uma trama diagonal de dupla face, onde um feixe inclui quatro fios. O resultado é que o tecido não é tão denso quanto uma trama dois por dois, mas com superfícies curvas uma melhor taxa de cobertura é alcançada porque há mais espaço entre os pontos reais de trama acima e abaixo, o que é mais eficiente porque menos é alcançado. costuras duras. Isso facilita o revestimento de carbono de peças fundidas curvas.

Tecido emborrachado

O tecido de carbono emborrachado é uma forma muito específica de fazer tecido, muito menos comum em comparação com todos os tipos de trama que discutimos. A trama de fibra emborrachada significa que cada fio é composto por entre 3.000 e 12.000 fios, com cada fio disposto firmemente em uma fileira, um após o outro, para formar a melhor fita de carbono. Os fios padrão são unidos através de várias camadas de fibras de carbono. O tecido emborrachado pode ser identificado pela presença de grandes áreas abertas. O padrão escalonado de fibra de carbono bidirecional com estrutura de tecido emborrachado cria seções quadradas de 2,5 cm.

Como o tecido perde densidade devido ao grande tamanho dessas áreas de tecelagem, os pontos de tecelagem “acima e abaixo” ficam distantes uns dos outros. Assim, os pontos de intersecção dos fios ficam distantes uns dos outros, a frequência das mudanças de direção é bastante reduzida e o tecido pode aderir muito mais firmemente à superfície.

Conforme descrito no site de um fornecedor inglês de materiais e polímeros, “os tecidos emborrachados estão ganhando popularidade na área de compósitos de alta tecnologia devido ao seu perfil incrivelmente plano, que praticamente elimina o chamado “efeito copiadora” e o efeito de certas texturas em superfícies que exigem suavidade perfeita (por exemplo, asas de avião).

Como a camada de tecido é muito mais fina, é possível colocar uma camada sobre outra camada e, assim, obter as características de resistência necessárias. Este tipo de carbono é frequentemente utilizado em áreas onde as características aerodinâmicas prevalecem sobre as de resistência. O tecido emborrachado tem uma aparência diferente do padrão, o que causa imediatamente amor ou ódio.

Várias resinas

O tecido de carbono é apenas um componente do material compósito mencionado quando se fala em esportes motorizados e corridas de pista. Outro componente importante é a resina, que enriquece o próprio tecido e lhe confere uma verdadeira rigidez. As resinas são usadas em vários “pratos” de polímero. Os dois materiais mais comumente usados são resina epóxi e resina de poliéster. Quem já trabalhou com fibra de vidro para simplesmente consertar uma prancha de surf ou uma peça de carro sabe que essa resina pode ser um verdadeiro problema. Compostos orgânicos voláteis (COVs) são vapores que são uma marca registrada de muitas resinas, embora existam algumas disponíveis gratuitamente que não contêm esses produtos químicos prejudiciais ao cérebro. Quase todo mundo conhece o efeito oposto de trabalhar com resina, quando não se utiliza equipamento de proteção individual adequado, mas surgem hipersensibilidade e alergias. E esses casos se tornaram tão corriqueiros que muitas vezes ouvimos piadas sobre pessoas que não conseguem permanecer no ambiente onde estão trabalhando com resina.

Resina epóxi

A resina epóxi é a resina estrutural multiuso mais comum. Tal como acontece com praticamente todos os tipos de resinas, é uma solução de duas partes de resina e catalisador. Os tempos de reação variam, mas dependem diretamente das condições ambientais. O prazo de validade (tempo de trabalho) é geralmente entre cinco e trinta minutos. Em geral, a influência térmica sempre acelera o processo de “amadurecimento”, mas todo o processo de pega costuma levar, nem mais nem menos, mas um dia inteiro (24 horas) - se a mistura não for afetada de alguma forma. Comparada à resina de poliéster, a resina epóxi é mais durável, mas requer paciência ao trabalhar com ela.

Resina de poliéster

A resina de poliéster é uma alternativa mais barata à resina epóxi com um tempo de cura rápido. É usado principalmente em situações em que a integridade estrutural é superior à estética, como afirma easycomposites.co.uk: “No entanto, há situações em que uma estrutura em sanduíche é de menor importância e propriedades como aparência, resistência aos raios UV e preço vêm em primeiro lugar em importância.”

Pré-impregnados (tecidos pré-impregnados)

Alguns tecidos de fibra de carbono podem ser produzidos como soluções de resina pré-impregnadas, onde o catalisador é o tratamento térmico. Os pré-impregnados são usados em muitas indústrias de compósitos porque não exigem processos complicados e a bagunça é reduzida ao mínimo simplesmente misturando as resinas e colocando o tecido úmido em camadas.

Os pré-impregnados também são o material preferido em indústrias onde o peso é um problema. Essas áreas incluem a aviação, onde a maior parte da massa das peças é composta de resina e não de tecido. Dado o mínimo necessário para impregnar completa e uniformemente o tecido com resina, o pré-impregnado pode ser usado para criar a estrutura mais durável e leve.

Processos de produção

Telas molhadas

Tradicionalmente, pequenos pedaços são dispostos molhados, com formato côncavo, e então é criado um tampão (mas isso é outra história). O pano seco é colocado dentro do molde. A resina é aplicada com pincel até que o tecido fique completamente encharcado ou saturado com ela. As próximas camadas de tecido são colocadas em cima da primeira camada, mantendo a direção da tecelagem: 45 graus para tecido bidirecional e 90 graus para tecido sarja. Se as camadas de tecido não coincidirem na direção, a peça resultante perderá sua rigidez ao longo de um eixo e ficará muito reforçada ao longo do outro.

Depois de dispostas quantas camadas de tecido forem necessárias para obter a espessura desejada, o excesso de resina é raspado com um raspador como se você estivesse retirando água do para-brisa. A peça é então ensacada a vácuo sob baixa pressão. Como resultado, a resina preenche todos os vazios de ar restantes, deslocando assim as menores bolhas de ar, e o excesso de resina é eliminado.

Em alguns casos, todas essas manipulações são realizadas na ordem inversa. O tecido seco é ensacado a vácuo em um molde antes da aplicação da resina. Graças a este método, não há desperdício nem sujeira. Na fase final, ocorre o tratamento térmico. Todas as peças são “assadas” dentro do forno sob pressão, a chamada autoclave, e a resina fica totalmente endurecida.

Embora a maioria não tenha acesso a equipamentos especializados, procedimentos como ensacamento a vácuo e cozimento em autoclave são opcionais para peças de trabalho cuja estrutura não precisa atender a requisitos específicos.

Areas de aplicação

O carbono ganhou força na indústria automotiva. No mercado de reposição, o carbono é o material mais utilizado para cobrir peças. Partes da carroceria, peças de acabamento interno - e tudo isso é feito de fibra de carbono, o que confere ao carro uma aparência da mais alta classe. Funcionalmente, as peças de carbono são utilizadas em quase todas as áreas - desde a indústria automotiva, passando pela construção naval e terminando na aviação.

O carbono está sendo usado na construção de assentos de corrida, eixos de transmissão, dispositivos de segurança como capacetes e apoios de cabeça (apoios de cabeça), e até mesmo a tecnologia de molas compostas está começando a usar carbono em sistemas de suspensão.

Carbono não é uma panacéia

A atratividade do carbono é tão grande para muitos que hoje existe uma tendência ao uso indevido desse material em áreas onde a melhor solução ainda é uma liga metálica. O carbono, e especialmente a resina, não funciona bem em ambientes de alta temperatura, escudos térmicos, componentes de escapamento ou quaisquer outras peças do motor. Quando o carbono é selecionado como material de partida nestes casos, as condições operacionais devem ser avaliadas com muito cuidado. Existem resinas resistentes ao calor, mas seu escopo de aplicação ainda apresenta limitações.

Resistência ao impacto

O carbono pode se orgulhar de que esta frase (já um bordão) corresponde totalmente à sua essência: quanto mais leve o alumínio, mais resistente é o aço. Embora isso seja realmente verdade, é importante compreender que estamos falando de resistência à tração e não de tenacidade ou rigidez. Do ponto de vista da engenharia, “tenacidade” é um termo técnico que se refere à resistência ao desgaste, uma vez que este compósito é um laminado de poliéster reforçado cuja resistência ao impacto é baixa. E mesmo um golpe em um ponto fraco pode levar ao descascamento e, em última análise, à falha do material. Por esta razão, o carbono não pode ser utilizado para criar placas de quinta roda resistentes ao desgaste ou reutilizáveis de qualidade satisfatória, para a produção de vários componentes de suspensão ou para quaisquer outras peças que sejam utilizadas sob condições de carga máxima.

Condutividade

O carbono é um material condutor! O carbono puro é extremamente eficiente na transferência de calor por si só. Por exemplo, o capô de um carro feito de fibra de carbono pode aquecer rapidamente até várias centenas de graus ao sol. Os raios ultravioleta podem danificar o compósito, tornando-o amarelo ou causando rachaduras na resina, portanto o empenamento é um defeito comum. Na aviação, muitas peças de fibra de carbono são revestidas com tinta branca brilhante, pois o calor gerado pela exposição aos raios UV pode deformar a estrutura e impactar negativamente nas características aerodinâmicas. Além disso, os raios UV podem alterar a estrutura da aeronave de alguma outra forma.

O carbono também é um material eletricamente condutor. Você pode ficar confuso sobre como um compósito à base de plástico pode repentinamente se tornar eletricamente condutor, mas o tecido de fibra de carbono puro abre caminho para a eletricidade, mesmo que o carbono seja enriquecido com um polímero isolante. Quando a fibra de carbono for selecionada como superfície para componentes eletrônicos ou como cobertura do ventilador de resfriamento, certifique-se de que haja uma conexão de aterramento que não "passe" pela fibra de carbono. Uma anedota da vida real: uma vez testemunhamos um quase incêndio no motor do proprietário de um caminhão Geiser Trophy, porque ele simplesmente não acreditava que o carbono fosse um material condutor, e um incêndio de resina não é brincadeira.

Trabalhando com carbono

Se a fibra de vidro já entrou em contato com sua pele, você sabe como essas partículas invisíveis podem ser irritantes. E o carbono é muito pior! Evite tocar nas bordas rasgadas da fibra de carbono ou na fibra cortada com as mãos desprotegidas.

Ao encomendar tecido de fibra de carbono, é importante garantir que ele venha em rolos, como papel de embrulho. O carbono embalado em dobras terá dobras e, como resultado, a integridade estrutural de suas fibras dobradas ficará comprometida. Siga estas instruções ao manusear o material e mantenha o tecido limpo para evitar poeira e impressões digitais gordurosas, garantindo ao mesmo tempo que ele se ajusta da maneira mais suave possível. É necessário misturar a resina em recipientes pequenos, o que é a norma. Tenha cuidado para não misturar resina em recipientes forrados com cera. A cera reage com as resinas, fazendo com que a resina endureça. A cura da resina é uma reação exotérmica, o que significa que o calor é produzido como subproduto da reação química. Ao misturar grandes quantidades de resina, certifique-se de que o excesso de resina seja mantido longe das áreas de armazenamento de materiais inflamáveis, caso contrário há alto risco de incêndio.

Conclusão

A quantidade de conhecimento básico que nem abordamos neste artigo é simplesmente enorme. Mas esperamos que esta visão geral tenha lhe dado uma ideia melhor do que é fibra de carbono. É um material extremamente versátil e durável se manuseado com sabedoria. Mas se usado incorretamente, torna-se uma verdadeira monstruosidade. Fazer peças simples em casa não é difícil, mas esteja preparado para gastar um pouco mais de tempo trabalhando com ela do que com fibra de vidro. Considere tudo em seu projeto – metas, orçamento. E só então tome uma decisão: a fibra de carbono é a escolha certa ou você quer apenas agregar estética ao seu carro?

Dados retirados do site: tourerv.ru

A fibra de carbono é um material compósito multicamadas, que é uma teia de fibras de carbono em um invólucro de resinas de polímero termoendurecível (geralmente epóxi), polímero reforçado com fibra de carbono.

O nome internacional Carbono é carbono, do qual é obtida a fibra de carbono.

Mas atualmente o carbono inclui tudo em que a base de suporte são as fibras de carbono, mas o aglutinante pode ser diferente. Carbono e fibra de carbono foram combinados em um único termo, causando confusão na mente dos consumidores. Ou seja, carbono ou fibra de carbono são a mesma coisa.

Trata-se de um material inovador, cujo alto custo se deve ao processo tecnológico intensivo em mão-de-obra e à grande parcela do trabalho manual. À medida que os processos de fabrico melhoram e se tornam automatizados, o preço do carbono diminuirá. Por exemplo: o custo de 1 kg de aço é inferior a 1 dólar, 1 kg de fibra de carbono fabricada na Europa custa cerca de 20 dólares. A redução de custos só é possível através da automação completa do processo.

Aplicação de carbono

A fibra de carbono foi inicialmente desenvolvida para carros esportivos e tecnologia espacial, mas devido às suas excelentes propriedades de desempenho, como baixo peso e alta resistência, tornou-se difundida em outras indústrias:

na fabricação de aeronaves,
para equipamentos esportivos: tacos, capacetes, bicicletas.
varas de pescar,
equipamento médico, etc.

A flexibilidade do tecido de carbono, a possibilidade de seu corte e corte convenientes e a posterior impregnação com resina epóxi permitem moldar produtos de carbono de qualquer formato e tamanho, inclusive você mesmo. Os espaços em branco resultantes podem ser lixados, polidos, pintados e impressos em flexografia.

Características técnicas e propriedades do carbono

A popularidade do plástico de fibra de carbono é explicada por suas características únicas de desempenho, obtidas pela combinação de materiais com propriedades completamente diferentes em um compósito - fibra de carbono como base de suporte e como aglutinante.

O elemento de reforço comum a todos os tipos de fibra de carbono são as fibras de carbono com espessura de 0,005-0,010 mm, que funcionam bem em tensão, mas possuem baixa resistência à flexão, ou seja, são anisotrópicas, fortes apenas em uma direção, portanto seu uso justifica-se apenas na forma de uma tela.

Além disso, o reforço pode ser feito com borracha, que confere uma tonalidade cinza à fibra de carbono.

O carbono ou fibra de carbono é caracterizado por alta resistência, resistência ao desgaste, rigidez e baixo peso em comparação ao aço. Sua densidade é de 1.450 kg/m³ a 2.000 kg/m³. As características técnicas da fibra de carbono podem ser observadas em densidade, ponto de fusão e características de resistência.

Outro elemento utilizado para reforço junto com os fios de carbono é o . Estes são os mesmos fios amarelos que podem ser vistos em alguns tipos de fibra de carbono. Alguns fabricantes inescrupulosos fazem passar a fibra de vidro colorida, a viscose tingida e as fibras de polietileno como Kevlar, cuja adesão às resinas é muito pior do que a da fibra de carbono e a resistência à tração é várias vezes menor.

Kevlar é uma marca americana para uma classe de polímeros de aramida relacionados às poliamidas e lavsan. Esse nome já se tornou um substantivo comum para todas as fibras dessa classe. O reforço aumenta a resistência às cargas de flexão, por isso é amplamente utilizado em combinação com fibra de carbono.

Como são feitas as fibras de carbono?

As fibras constituídas pelos mais finos filamentos de carbono são obtidas por tratamento térmico ao ar, ou seja, oxidação, de filamentos poliméricos ou orgânicos (poliacrilonitrila, fenólico, lignina, viscose) à temperatura de 250°C por 24 horas, ou seja, praticamente carbonização eles. Esta é a aparência de um filamento de carbono sob um microscópio após a carbonização.

Após a oxidação, ocorre a carbonização - aquecimento da fibra em nitrogênio ou argônio em temperaturas de 800 a 1500°C para construir estruturas semelhantes às moléculas de grafite.

Em seguida, a grafitização (saturação com carbono) é realizada no mesmo ambiente a uma temperatura de 1300-3000 °C. Este processo pode ser repetido várias vezes, retirando o nitrogênio da fibra de grafite, aumentando a concentração de carbono e tornando-a mais forte. Quanto maior a temperatura, mais forte é a fibra. Este tratamento aumenta a concentração de carbono na fibra para 99%.

Tipos de fibras de carbono. Tela

As fibras podem ser curtas, cortadas, suaschamado“grampeado” ou pode haver linhas contínuas nas bobinas.Podem ser estopas, fios, mechas, que são então usados para fazer tecidos e fitas tecidas e não tecidas. Às vezes, as fibras são colocadas em uma matriz polimérica sem entrelaçamento (UD).

Como as fibras funcionam bem em tensão, mas mal em flexão e compressão, o uso ideal da fibra de carbono é utilizá-la na forma de Tecido de Carbono.

É obtido por vários tipos de tecelagem: espinha de peixe, esteiras, etc., que têm os nomes internacionais Liso, Sarja, Cetim. Às vezes, as fibras são simplesmente interceptadas transversalmente com pontos grandes antes de serem preenchidas com resina. Correto para fibra de carbono De acordo com as características técnicas da fibra e o tipo de tecelagem, é muito importante para a obtenção de fibra de carbono de alta qualidade.

Como base de suporte, são mais utilizados, nos quais o tecido é colocado camada por camada, com mudança na direção da tecelagem, para distribuir uniformemente as propriedades mecânicas das fibras orientadas. Na maioria das vezes, 1 mm de espessura de folha de carbono contém 3-4 camadas.

Vantagens e desvantagens da fibra de carbono

O preço mais alto do carbono em comparação com a fibra de vidro e a fibra de vidro é explicado por uma tecnologia de múltiplos estágios mais complexa e com uso intensivo de energia, resinas caras e equipamentos mais caros (autoclave). Mas a resistência e a elasticidade também são maiores, juntamente com muitas outras vantagens inegáveis:

40% mais leve que o aço, 20% mais leve que o alumínio (1,7 g/cm3 - 2,8 g/cm3 - 7,8 g/cm3),
o carbono feito de carbono e Kevlar é um pouco mais pesado que o carbono e a borracha, mas muito mais forte e, com o impacto, racha, desmorona, mas não se desintegra em fragmentos,
alta resistência ao calor: o carbono mantém sua forma e propriedades até uma temperatura de 2.000 ○C.
tem boas propriedades de amortecimento de vibrações e capacidade de calor,
resistência à corrosão,
alta resistência à tração e alto limite elástico,
estética e decoratividade.

Mas em comparação com peças de metal e fibra de vidro, as peças de carbono têm desvantagens:

sensibilidade para identificar impactos,
dificuldade de restauração em caso de lascas e arranhões,
desbotamento, desbotamento sob a influência da luz solar, revestido com verniz ou esmalte para proteção,
longo processo de fabricação,
nos locais de contato com o metal, começa a corrosão do metal, portanto, inserções de fibra de vidro são fixadas nesses locais,
Dificuldade de reciclagem e reutilização.

Como o carbono é feito

Existem os seguintes métodos principais para a fabricação de produtos de fibra de carbono.

1. Método de prensagem ou “molhado”

A tela é disposta em molde e impregnada com resina epóxi ou poliéster. O excesso de resina é removido por formação de vácuo ou pressão. O produto é removido após a polimerização da resina. Este processo pode ocorrer naturalmente ou acelerado por aquecimento. Normalmente, esse processo resulta em folhas de fibra de carbono.

2. Moldagem

Um modelo do produto (matriz) é feito de gesso, alabastro e espuma de poliuretano, sobre o qual é colocado um tecido impregnado de resina. Ao rolar com rolos, o compósito é compactado e o excesso de ar é removido. Em seguida, a polimerização acelerada e a cura são realizadas em forno ou natural. Este método é denominado “seco” e os produtos feitos a partir dele são mais resistentes e leves do que os feitos pelo método “úmido”. A superfície de um produto feito pelo método “seco” é nervurada (se não for envernizada).

Esta categoria também inclui moldagem a partir de folhas em bruto - pré-impregnados.

Com base na sua capacidade de polimerizar com o aumento da temperatura, as resinas são divididas em “frias” e “quentes”. Estes últimos são utilizados na tecnologia de pré-impregnado, quando os produtos semiacabados são feitos na forma de diversas camadas de fibra de carbono revestidas com resina. Dependendo da marca da resina, podem ser armazenadas por até várias semanas no estado não polimerizado, revestidas com filme plástico e passadas entre rolos para remover bolhas de ar e excesso de resina. Às vezes, os pré-impregnados são armazenados em geladeiras. Antes de moldar o produto, a peça é aquecida e a resina torna-se líquida novamente.

3. Enrolamento

Linha, fita e tecido são enrolados em uma peça cilíndrica para a fabricação de tubos de carbono. A resina é aplicada camada por camada com pincel ou rolo e seca principalmente em estufa.

Em todos os casos, a superfície de aplicação é lubrificada com agentes desmoldantes para facilitar a remoção do produto resultante após o endurecimento.

É possível fazer fibra de carbono com as próprias mãos?

Você mesmo pode moldar produtos à base de fibra de carbono, que há muito são utilizados com sucesso no conserto de bicicletas, equipamentos esportivos e tuning de automóveis. A capacidade de experimentar cargas de resina e o grau de sua transparência oferecem um amplo campo de criatividade para os fãs do ajuste automático de fibra de carbono. Você pode ler mais sobre os principais métodos de fabricação de peças de carbono.

Como decorre da tecnologia descrita acima, para moldagem é necessário:

forma matricial,
folha de carbono,
lubrificante de molde para fácil remoção da peça acabada,
resina.

Onde posso obter fibra de carbono? Taiwan, China, Rússia. Mas na Rússia refere-se a “tecidos estruturais de alta resistência baseados em fibra de carbono”. Se você encontrar um caminho para entrar na empresa, terá muita sorte. Muitas empresas oferecem kits de acabamento de fibra de carbono DIY prontos para carros e motocicletas, incluindo fragmentos de fibra de carbono e resina.

70% do mercado global de tecidos de carbono é produzido por grandes marcas taiwanesas e japonesas: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec, etc.

Em termos gerais, o processo de fabricação de fibra de carbono com as próprias mãos é assim:

A forma é lubrificada com antiadesivo.
Após a secagem, é aplicada uma fina camada de resina, sobre a qual a fibra de carbono é enrolada ou prensada para liberar bolhas de ar.
Em seguida é aplicada outra camada de resina de impregnação. Podem ser aplicadas diversas camadas de tecido e resina, dependendo dos parâmetros exigidos do produto.
A resina pode polimerizar ao ar. Isso geralmente acontece dentro de 5 dias. Você pode colocar a peça de trabalho em uma cabine de aquecimento aquecida a uma temperatura de 140 - 180 ◦C, o que irá acelerar significativamente o processo de polimerização.

Em seguida o produto é retirado do molde, lixado, polido, envernizado, gelcoado ou pintado.

Esperamos que você tenha encontrado uma resposta abrangente para a pergunta “O que é carbono”?

Irina Khimich, consultora técnica

Para muitos entusiastas de automóveis, o desejo de afinar o seu carro tornou-se uma verdadeira obsessão. Quero mudar meu “cavalo de ferro”, torná-lo mais brilhante, diferente dos demais. Assim, uma das áreas mais populares de ajuste externo e interno é o uso de fibra de carbono. Mas que tipo de material é esse, quais as vantagens e desvantagens que tem, como pode ser utilizado. Vejamos essas questões com mais detalhes.

O que é carbono e como ele difere da fibra de carbono?

A produção de um material compósito tão popular está estabelecida há muito tempo. No início do século XX, os ingleses de Farnborough mostraram ao público as primeiras peças feitas com este material milagroso. É baseado em um grande número de fios de carbono entrelaçados, que são fixados entre si por meio de resina epóxi. Para dar resistência máxima ao material, eles são colocados em um determinado ângulo entre si. São os fios de carbono o elemento principal deste material compósito. Apesar da sua espessura mínima, não podem ser quebrados ou rasgados. O padrão do polímero de fibra de vidro moderno pode ser feito na forma de esteira, espinha de peixe e outros formatos.

Difusor traseiro em carbono

O carbono é usado ativamente em muitas áreas da vida, mas principalmente no ajuste de automóveis. Spoilers, capôs e vários elementos internos e da carroceria são feitos deste material. Se você pretende construir um Korch ultraleve, é simplesmente necessário usar esse material de carbono. Além disso, a fibra de carbono não encontrou aplicação apenas em automóveis - ela é ativamente utilizada para a produção de peças básicas para barcos, motos de neve, motocicletas e outros tipos de transporte.

Vantagens e desvantagens do plástico de fibra de carbono

O material de carbono é bastante específico em sua estrutura e características, por isso possui lados positivos e negativos. As principais vantagens incluem leveza e resistência. Quanto à resistência, graças à tecelagem especial dos fios, este material compósito não é inferior a muitos metais modernos. A fibra de carbono pesa quase metade do aço e 1/5 menos que o alumínio.

Carbono: qual é a resistência à tração?

Você já ouviu falar sobre a resistência única da fibra de vidro? Então, uma peça feita de carbono tem características muito melhores nesse quesito. Portanto, este compósito específico é utilizado no automobilismo, onde é dada especial atenção à segurança dos pilotos e à obtenção de resultados. Qualquer redução no peso do carro mantendo o nível máximo de resistência é apenas uma vantagem.

Porta e capô

Quão mais forte é essa fibra de carbono do que o metal?

Mas o carbono também tem desvantagens óbvias. Muitos entusiastas do tuning são dissuadidos de comprar elementos de fibra de carbono pelo alto custo. Quando comparado com a mesma fibra de vidro, o carbono é muito mais caro. A razão pode ser citada justamente pela complexidade tecnológica única do processo produtivo. E as próprias matérias-primas custam aos fabricantes um bom dinheiro. Por exemplo, a colagem de diferentes camadas em um material é realizada com resinas caras e de alta qualidade. Além disso, as empresas fabricantes de fibra de carbono são obrigadas a adquirir equipamentos especializados e caros.

Spoiler traseiro

Mas essas não são todas as desvantagens do popular material de afinação. Como mostra a prática, este material compósito é muito resistente a impactos pontuais e fortes. O forte impacto, mesmo de uma pequena pedra, é suficiente para perfurar o elemento de carbono do carro. Depois de apenas alguns anos de operação, o mesmo exaustor pode parecer uma peneira de verdade. Além disso, o carbono realmente não gosta da luz solar. Se você não esconder o carro na garagem e deixá-lo na rua, logo a cor original se perderá.

Quadro e suspensórios

Já mencionamos a sensibilidade deste composto a diversos impactos. Portanto, se estiver danificado, este material não poderá ser reparado. A única solução para o entusiasta do carro é substituir completamente a peça, e isso, como você já entendeu, é um gasto sério.

Capô de fibra de carbono

A imitação do carbono é possível?

O entusiasta médio de automóveis não se importa com o quão forte ou leve o carbono é. O principal é que fica muito bonito - é isso que atrai os entusiastas do tuning. Portanto, não há necessidade de usar material original caro - basta sua imitação.

Maçanetas das portas com efeito carbono

Filmes de PVC

Hoje você pode imitar a fibra de carbono usando vários métodos diferentes. O mais popular (justamente pela disponibilidade) foi o especial Filme de PVC, duplicando o desenho original. Hoje existem muitos desses “substitutos”, em uma ampla variedade de designs. Usando um secador de cabelo e filme, você pode cobrir quase qualquer parte do interior e exterior de um carro, dando-lhe uma aparência incomum de fibra de carbono. Claro que nem sempre é possível encaixar pequenos elementos na primeira vez, mas se você praticar, até essa tarefa se torna viável. Se ainda surgirem problemas em seu trabalho, você sempre pode recorrer a especialistas em sua área. Hoje já existem organizações suficientes que lidam com esse tipo de ajuste.

Akvapechat

A segunda opção para imitação de carbono é a chamada impressão hidrográfica. Aqui também é aplicado um filme especial, mas sob pressão de água. Não será mais possível realizar esse tipo de trabalho em condições de “garagem” - é necessário equipamento adicional. A vantagem deste método é a maior qualidade de ajuste. Neste caso, o filme, diferentemente do método anterior, pode ser aplicado até nas partes mais “curvilíneas”. Se o processamento for feito com alta qualidade e de acordo com a tecnologia, a aparência não será diferente da fibra de carbono real.

A propósito, a expressão “corpo ou interior em fibra de carbono” é muito popular hoje em dia. Portanto, isso não significa de forma alguma que os elementos sejam feitos de materiais caros - eles são simplesmente cobertos com um filme especial usando uma das tecnologias descritas acima.

Aerografia "sob carbono"

Como já começamos a descrever todas as opções de imitação, devemos mencionar o terceiro método - aplicação de aerografia. É claro que, em termos de aparência final, esse método é pior que os dois anteriores, mas também é popular em certos círculos de motoristas. Um aerógrafo, infelizmente, não é capaz de transmitir com precisão o design de um compósito - é aí que surgem alguns problemas.

Como economizar na compra e qual o preço da emissão?

De qualquer forma, o ajuste composto é muito popular hoje em dia. Um pouco de despesa e você poderá transformar seu carro, torná-lo reconhecível e brilhante. Além disso, o filme de carbono aplicado aos elementos externos do corpo pode proteger o metal e a pintura de influências externas. Sem dúvida, é melhor usar carbono natural ou polímero de fibra de carbono. Mas se a quantidade necessária não estiver disponível, o filme com aparência de carbono é a melhor opção.