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.

fibra-de-carbono

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”.

tipos-de-fibra-de-carbono

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.

compósitos-estruturais

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.

Se você gostou deste artigo, leia também este sobre materiais compósitos.

Assista também este vídeo do Canal Engenharia Detalhada e complemente sua leitura.

Sobre o Autor

2 Comentários

Deixe um comentário

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *


    • My objective was to be much more informative and educational in relation to carbon fiber. Obviously, the subject is much more than this. What is your question?

Solicitar exportação de dados

Use este formulário para solicitar uma cópia de seus dados neste site.

Solicitar a remoção de dados

Use este formulário para solicitar a remoção de seus dados neste site.

Solicitar retificação de dados

Use este formulário para solicitar a retificação de seus dados neste site. Aqui você pode corrigir ou atualizar seus dados, por exemplo.

Solicitar cancelamento de inscrição

Use este formulário para solicitar a cancelamento da inscrição do seu e-mail em nossas listas de e-mail.