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Fibras de carbono picadas são feitas cortando filamentos contínuos de fibra de carbono em comprimentos curtos usando uma máquina de corte de fibra. Suas propriedades básicas dependem principalmente das propriedades de sua matéria-prima — filamentos contínuos de fibra de carbono. As fibras curtas têm vantagens como dispersão uniforme, diversos métodos de alimentação e processos simples, e podem ser aplicadas em campos especiais onde os filamentos contínuos de fibra de carbono não são adequados.
Origem
Em 1880, o inventor americano Thomas Edison carbonizou pela primeira vez fibras de bambu em filamentos para servir como filamentos luminosos em lâmpadas elétricas, inaugurando a era da fibra de carbono (abreviada como CF). O pioneiro no uso da fibra de carbono como material estrutural foi representado por uma empresa americana. Em 1959, usando fibras de piche como matéria-prima, após carbonização a uma alta temperatura de vários milhares de graus, eles obtiveram fibra de carbono com um módulo elástico de aproximadamente 40 GPa e uma resistência de cerca de 0,7 GPa. Em 1965, a empresa estendeu a mesma matéria-prima a uma alta temperatura de 3000°C para desenvolver fibra grafitizada de alta elasticidade filamentosa, com um módulo elástico de cerca de 500 GPa e uma resistência de aproximadamente 2,8 GPa.
Em 1961, o Dr. Shonan Shindo, de um instituto de pesquisa japonês, usando Poliacrilonitrila (abreviado como PAN) como matéria-prima, obteve fibra de carbono com um módulo elástico de 160 GPa e uma resistência de 0,7 GPa após processos de oxidação e carbonização a vários milhares de graus.
Em 1962, a empresa japonesa Nippon Carbon Co. produziu fibra de carbono de baixo módulo (L.M.) usando PAN como matéria-prima. Eles também desenvolveram CF de alta resistência usando fibra PAN como matéria-prima, com um módulo elástico de aproximadamente 230 GPa e uma resistência de cerca de 2,8 GPa. A produção em massa de 1 tonelada por mês foi alcançada a partir de 1966. Ao mesmo tempo, eles desenvolveram CF de alto módulo elástico com uma temperatura de carbonização acima de 2000°C, tendo um módulo elástico de cerca de 400 GPa e uma resistência de aproximadamente 2,0 GPa. A produção de fibra de carbono à base de PAN atingiu 6.500 toneladas por ano em 1992 e ultrapassou 10.000 toneladas por ano em 2000.
Embora a demanda por fibra de carbono tenha se expandido gradualmente, após o fim da Guerra Fria em 1991, o uso em aplicações militares diminuiu. Juntamente com a depressão econômica, o equilíbrio entre oferta e demanda foi perdido, e a indústria foi impactada. No entanto, a produção do novo modelo B777 da Boeing nos Estados Unidos, juntamente com a expansão de aplicações em engenharia civil, construção, automóveis e materiais compósitos, levou a um crescimento gradual e constante da indústria de fibra de carbono.
Características
A fibra de carbono é um material de carbono fibroso. É um novo tipo de material com muitas propriedades elétricas, térmicas e mecânicas valiosas: possui maior resistência que o aço, menor densidade que o alumínio, melhor resistência à corrosão que o aço inoxidável, maior resistência à temperatura que o aço resistente ao calor e pode conduzir eletricidade como o cobre. A fibra de carbono é usada principalmente na forma de plástico reforçado com fibra de carbono, um tipo de material compósito.
Fibra de carbono picada
Cada fibra de carbono é composta por milhares de fibras de carbono menores, com um diâmetro de aproximadamente 5μm a 8μm. No nível atômico, a fibra de carbono é muito semelhante ao grafite, consistindo em camadas de átomos de carbono dispostos em um padrão hexagonal. A diferença entre a fibra de carbono e o grafite reside na ligação entre as camadas. O grafite tem uma estrutura cristalina com conexões intercamadas soltas, enquanto a fibra de carbono não tem uma estrutura cristalina e suas conexões intercamadas são irregulares, o que impede o deslizamento e aumenta a resistência do material.
Geralmente, a densidade da fibra de carbono é de 1750 kg/m³. Possui alta condutividade térmica, mas baixa condutividade elétrica, e sua capacidade calorífica específica também é menor que a do cobre. Quando aquecida, a fibra de carbono fica mais espessa e curta. Embora a cor natural da fibra de carbono seja preta, os cientistas podem tingi-la em cores diferentes.
Aplicações
Os principais campos de aplicação das fibras de carbono picadas incluem:
Indústria militar: Usado na fabricação de foguetes, mísseis, radares, cascos de espaçonaves, barcos a motor, robôs industriais, molas de lâmina de automóveis, eixos de transmissão, etc.
Construção: Cimento reforçado com fibra de carbono, revestimentos condutores, pisos antiestáticos, etc.;
Campo eletrotérmico: Papel condutor, placas de aquecimento elétrico, feltros de superfície condutores, feltros perfurados com agulha, esteiras condutoras, etc.;
Materiais de blindagem: fabricação de fumaça de blindagem, paredes de cortina de blindagem, etc.;
Materiais de isolamento térmico: peças em branco e tijolos refratários reforçados com fibra de carbono, cerâmica reforçada com fibra de carbono, etc.;
Campo de nova energia: geração de energia eólica, materiais de fricção, eletrodos de células de combustível, etc.
Produtos esportivos e de lazer: tacos de golfe, equipamentos de pesca, raquetes de tênis, raquetes de badminton, hastes de flechas, bicicletas, barcos a remo, etc.
Plásticos modificados reforçados: nylon (PA), polipropileno (PP), policarbonato (PC), fenólico (PF), politetrafluoretileno (PTFE), poliimida (PI), etc.;
Materiais substitutos do corpo: ligamentos artificiais, etc.
A fibra de carbono tem a maciez dos têxteis comuns e pode ser processada em tecidos, feltros, esteiras, fitas, papéis e outros materiais. Em aplicações tradicionais, exceto por ser usada como material de isolamento térmico, a fibra de carbono geralmente não é usada sozinha. É principalmente adicionada como material de reforço a resinas, metais, cerâmicas, concreto e outros materiais para formar materiais compósitos. Os materiais compósitos reforçados com fibra de carbono podem ser usados como materiais estruturais de aeronaves, materiais de blindagem eletromagnética e antiestáticos, ligamentos artificiais e outros materiais de substituição corporal, bem como na fabricação de carcaças de foguetes, barcos a motor, robôs industriais, molas de lâmina de automóveis e eixos de transmissão, etc.
De cerca de 1994 a 2002, com o avanço da pesquisa acadêmica de fibra de carbono de fibra curta para fibra de carbono de fibra longa, a tecnologia e os produtos que usam fibra de carbono para fazer materiais de aquecimento entraram gradualmente nos campos militar e civil. Atualmente, existem muitos casos domésticos de uso de fibra de carbono de fibra longa para fazer cabos para a rede elétrica nacional. Ao mesmo tempo, produtos de aquecimento de fibra de carbono, produtos de aquecimento de fibra de carbono e produtos de fisioterapia infravermelha distante de fibra de carbono também estão entrando cada vez mais nas casas das pessoas comuns.
Fibras de Carbono Picadas
Principais Indicadores Técnicos:
Conteúdo de carbono: maior que 95%
Resistência à tração: 3500MPa
Módulo de tração: 228GPa
Densidade: 1,75g/cm³
Resistividade: 1,0-1,6Ωcm
Diâmetro da fibra: 7μm
Forma da seção transversal: circular
Densidade aparente: 0,4g/cm³
Comprimento padrão: 1mm-100mm
Tipo contendo resina / Tipo sem resina
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