Fibra de Carbono Está por Aí, Você Vai Se Surpreender

Nesse contexto, dentre os materiais capazes de revolucionar as indústrias no Brasil e também pelo mundo, inclui-se a fibra de carbono.

Em outras palavras, ela é um material sinônimo de inovação, resistência e longevidade, pois ocupa espaços de destaque em setores, antes exclusivos dos metais, como o aço e o alumínio.

Aliás, ela surgiu da busca por materiais alternativos aos metais em tecnologias de ponta, e desde então, tornou-se fundamental em projetos mais avançados.

No entanto, ela não substitui os metais em sua totalidade, mas serve também como complemento onde eles apresentam suas limitações.

Vale lembrar que o aço e a fibra de carbono podem ser usados em conjunto, atuando como reforços estruturais conforme a necessidade.

Assim, seja na engenharia, na medicina e nos esportes, a fibra de carbono aparece com frequência, e na maioria das vezes, despercebida.

Tendo isso em mente, ela oferece uma ampla variedade de soluções inteligentes, logo, os engenheiros aproveitam e usufruem desta tecnologia notável.

Diante do que foi apresentado, surge a pergunta: o que é, afinal, a fibra de carbono? Qual é a origem desse material tão surpreendente? Neste conteúdo, vamos entender agora.

O Que é a Fibra de Carbono?

A fibra de carbono é feita de fios muito finos, formados por átomos de carbono arranjados de forma bem ordenada, como em um cristal.

Assim, a combinação de suas propriedades é ideal para aplicações em setores, onde é bastante relevante a redução de peso e alta resistência, como aeronáuticos, marítimos e energia eólica.

No entanto, apesar de ser bem resistente, a fibra de carbono raramente é usada sozinha.

Para que possa ser aplicada em componentes onde se exige desempenho elevado, ela é combinada com as resinas, formando o que chamamos de material compósito.

Em síntese, a fabricação de compósitos com fibra de carbono exige tecnologia avançada, máquinas de alta precisão, moldes precisos e equipamentos específicos.

O resultado é um material com propriedades superiores, pois aproveita o melhor de cada componente, e entre as principais vantagens dos compósitos à base de fibras de carbono, destacam-se:

• Baixíssimo peso específico;
• Elevada rigidez (baixa deformação);
• Alta resistência à fadiga;
• Resistência ao calor e à corrosão;
• Boa condutividade elétrica;
• Transparência aos raios X;
• Estabilidade dimensional;
• Durabilidade em ambientes agressivos;
• Facilidade de moldagem em formas complexas;
• Desempenho otimizado para aplicações específicas;

Como é feita a fibra de carbono?

Para começar, a produção da fibra de carbono consiste em algumas etapas, pois propicia a transformação de uma matéria prima em um produto com alta performance.

Na produção da fibra de carbono, o material inicial recebe o nome de precursor, sendo o poliacrilonitrila, popularmente chamado de PAN, o mais utilizado.

Em contrapartida, devido às suas limitações em comparação com o PAN, utiliza-se o rayon e piche de petróleo como matéria-prima, mas com muito menos frequência.

Todos esses materiais são polímeros orgânicos, ou seja, estruturas compostas por longas cadeias moleculares ligadas principalmente por átomos de carbono.

Dito isso, a produção das fibras de carbono realiza-se por meio de alguns procedimentos. A seguir, veja as principais etapas:

Para começar, transforma-se o PAN em fios finíssimos por meio de fiação úmida ou a seco, é bombeado por pequenos orifícios para uma câmara onde se solidifica.

Em seguida, lavam e esticam-se os fios para alinhar as moléculas, isto é, uma etapa fundamental para a futura formação dos cristais de carbono.

Estabilização da Fibra de Carbono

Antes de serem carbonizadas, as fibras passam por uma etapa de aquecimento controlado em ar, entre 200 e 300 °C, por um determinado tempo.

Assim, as ligações moleculares se transformam em outras ligações mais resistentes ao calor, logo, a fibra absorve o oxigênio do ar e ocorre uma série complexa de reações químicas.

Dito isso, a liberação de calor durante essas reações precisa ser bem controlada para evitar danos às fibras.

Carbonização

De antemão, com a estabilização das fibras, chega-se ao momento mais crítico do processo, a carbonização.

Diante deste cenário, essa etapa envolve o aquecimento das fibras em altas temperaturas variáveis entre 1000 e 2000 °C, em um ambiente sem oxigênio, dentro de fornos selados e pressurizados.

Para esclarecer, a ausência de oxigênio impede a queima das fibras, e expelam-se os átomos não carbônicos sob forma de gases, como hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.

De modo geral, o que resta são cadeias muito organizadas de átomos de carbono, conferindo resistência e leveza ao material.

Tratamento e Revestimento da Superfície

Indo além, as fibras recebem alguns tipos de tratamentos especiais e revestimentos como uma camada de proteção.

O objetivo é aumentar tanto a adesão química quanto a mecânica com as resinas utilizadas na fabricação de compósitos avançados.

O resultado é um material leve, porém bastante rígido e capaz de suportar forças e condições extremas.

Em suma, as fibras já tratadas e protegidas são comercializadas em bobinas, fios e filamentos.

Há ainda configurações têxteis unidirecionais e bidirecionais, bem como versões pré-impregnadas com resina, denominadas “prepregs”.

Aplicações da fibra de carbono

Graças à sua leveza, resistência mecânica e durabilidade, a fibra de carbono expandiu seu uso em diferentes áreas da tecnologia e da engenharia.

Assim, tudo começou em usos muito específicos, hoje está presente em áreas atuantes do espaço aéreo às ruas das grandes cidades.

Essa versatilidade é resultado das propriedades únicas da fibra e da maneira como ela pode ser moldada e combinada com outros materiais.

A seguir, vamos explorar a utilização deste material em diferentes campos de atuação, como:

• Aeroespacial;
• Automotiva;
• Esportes;
• Medicina;
• Engenharia Civil;
• Energias Renováveis;

Indústria Aeroespacial

Logo de início, por ser muito leve em comparação aos metais tradicionais, como aço, alumínio ou titânio, o uso da fibra de carbono permite reduzir bastante o peso de estruturas inteiras.

Isso se traduz em menor consumo de combustível, maior autonomia de voo e até suportar os esforços sem comprometer a sua integridade estrutural.

Por essa razão, seu uso é ideal em componentes, como asas de aeronaves, fuselagens, lemes, partes dos motores e turbinas.

Aliás, a fibra responde bem às cargas cíclicas e variações extremas de temperatura e pressão.

Outro ponto de atração é a sua resistência à corrosão, logo, reduz a necessidade de manutenção ao longo da vida útil das aeronaves, com menos paradas para reparos e custos operacionais mais baixos.

Além dos aviões comerciais, a fibra de carbono também está presente em satélites, foguetes e mísseis.

Até drones usados para monitorar o ambiente agrícola têm suas estruturas fabricadas com fibra de carbono,assim, melhora a autonomia de voo e a resistência ao vento.

Indústria de Automóveis

Então, no setor automotivo, além de estar presente em carros de luxo e de Fórmula 1, ela ganha espaço em veículos elétricos, híbridos e até modelos de entrada.

Sem dúvidas, o principal atrativo segue sendo a redução de peso, pois um carro mais leve consome menos combustível ou exige menos energia das baterias.

Por essa razão, melhora-se o desempenho do automóvel, a sua autonomia e reduzem-se as emissões.

Os benefícios ainda se estendem à segurança, nesse caso, a estrutura de fibra de carbono absorve impactos com alta eficiência, protegendo os ocupantes do veículo.

Do ponto de vista estético, o material também agrada em superfícies com fibra de carbono aparente, como capôs, retrovisores e painéis internos.

Deste modo, confere um acabamento moderno, técnico e com um apelo visual muito mais sofisticado.

Equipamentos Esportivos

Diante deste cenário, a busca por desempenho nos esportes de alto rendimento levou à adoção da fibra de carbono em diversos dispositivos esportivos.

Assim, o motivo é simples, pois ela propicia uma combinação única de leveza, resistência e resposta do equipamento.

Por exemplo, no ciclismo, os quadros de bicicletas tornam-se bem mais leves, assim, facilitam nas acelerações e subidas.

Além disso, equipamentos como pranchas de surf, caiaques, remos e esquis ganham desempenho ao ficarem mais estáveis e reduzirem as vibrações durante a prática esportiva

Em contrapartida, nos esportes como golfe ou tênis, os tacos e raquetes de fibra de carbono têm mais precisão e sensibilidade.

Outro exemplo notável está nos calçados esportivos de alto desempenho, em especial, para corridas de longa distância.

Com o objetivo de melhorar a performance, diversos modelos de tênis incorporam lâminas de fibra de carbono nas solas.

Deste modo, favorece o impulso a cada passo e otimiza o uso da energia gerada pelo movimento.

Portanto, reduz-se o esforço muscular e ajuda-se os atletas a manter a velocidade por muito mais tempo, com mais eficiência, menos fadiga e melhores marcas pessoais.

Aplicações Médicas

Uma das características mais valiosas nesse setor é a transparência aos raios X, ou seja, a fibra de carbono permite a passagem de radiações.

Isso permite a realização de exames como raio-X, tomografias e ressonâncias sem que a estrutura cause interferências nos resultados.

Bem como, dispositivos médicos como cadeiras de rodas, próteses, muletas, suportes ortopédicos e instrumentos cirúrgicos.

Deste modo, o conforto do paciente aumenta bastante quando os dispositivos são mais leves e ajustados ao corpo.

Energia Renovável e Construção Civil

Logo de início, os setores da construção civil e energia renovável se beneficiam da fibra de carbono para enfrentar desafios antigos.

Por exemplo, o reforço de estruturas existentes, como pontes, edifícios e viadutos, sem a necessidade de demolições ou obras invasivas.

Por outro lado, no setor de energia eólica, as pás de turbinas feitas com compósitos à base de fibra de carbono são mais longas, leves e eficientes, logo, ampliam a produção de energia por unidade.

No caso dos painéis solares móveis, o baixo peso da estrutura facilita tanto o transporte quanto a reposição em direção ao sol.

Considerações Finais

Em linhas gerais, a fibra de carbono representa um avanço significativo em muitas áreas da engenharia, por ser leve, resistente e versátil.

Com o avanço contínuo da tecnologia e o aperfeiçoamento dos processos de fabricação dos materiais, ela tende a se tornar ainda mais eficiente e acessível.

Portanto, a fibra de carbono se consolida como um símbolo da engenharia, pois o material acompanha os desafios e aponta soluções promissoras para o futuro.

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