Fabricação de fibra de carbonoA fabricação de fibra de carbono é o processo de criação de fibra de carbono reforçado com plástico (CFRP). Os produtos feitos com a fibra de carbono oferecem uma das mais altas taxas de resistência de força com baixo peso que qualquer outro material, e que também proporcionam excelentes propriedades térmicas e condutoras. As características de alta resistência e baixo peso tornam a fibra de carbono uma escolha popular nos mercados aeroespacial e nas indústrias de produtos esportivos. Certas misturas de materiais de fibra de carbono com grafite também é possível.

Para elaborar produtos de alta qualidade, os fabricantes de fibra de carbono utilizam um material à base de poliacrilonitrila, que consiste de propileno e amônia. Após esse material de base ser aquecido várias vezes, ele tem suas estruturas radicalmente modificadas. Eventualmente, o material se transforma em uma cadeia de moléculas de carbono, e todas as outras moléculas desaparecem.

Estas moléculas de carbono são misturadas com produtos químicos e são submetidas a um processo conhecido como “fiação molhada”. Durante a fiação molhada, a mistura de carbono líquido passa por uma máquina conhecida como uma fieira, que apresenta muitos orifícios minúsculos. A fieira forma o material em longos filamentos finos de carbono. Ao misturar esses filamentos com resinas epóxi ou outros produtos, os fabricantes podem produzir o plástico CFRP.

O método de produção de fibra de carbono é bastante preciso, e até mesmo uma pequena mudança durante a produção pode resultar em um impacto negativo na qualidade do produto final. Cada unidade de produção de fibras de carbono utiliza sua própria mistura original de materiais de base, produtos químicos e níveis de temperatura em todo este processo de confecção desse tipo de fibra. Isso leva a diferenças sutis entre os materiais de fibra de carbono de um fabricante para outro.

Desde sua invenção em meados do século 20, o processo de produção da fibra de carbono foi usado para produzir esse tipo de suprimento para aviões, barcos e automóveis. Desde aquela época, o produto também tem sido amplamente aproveitado na confecção de artigos esportivos como bicicletas, raquetes de tênis, entre outros objetos. No início do século 21, a indústria de energia eólica se tornou a maior consumidora mundial de fibra de carbono, suprimento amplamente empregado para fazer turbinas eólicas de grande escala.

Mesa de fibra de carbonoMatéria-prima de fabricação da fibra de carbono

A matéria-prima para a fabricação de fibra de carbono é poliacrilonitrila, que é produzido através da polimerização da acrilonitrila, um processo químico que forma três cadeias dimensionais.

Conversão da poliacrilonitrila

A conversão da poliacrilonitrila em fibra de carbono é um processo que abrange várias etapas. Primeiro, a poliacrilonitrila é oxidada, sendo aquecida a 300 graus Celsius. Isso quebra as pontes de hidrogênio e oxigênio e cria um material à prova de fogo. Este novo material sofre carbonização, onde é aquecido entre 1.500 a 3.000 graus Celsius em um gás inerte como o argônio, formando um material a quase 100% de carbono. As etapas finais são o tratamento de superfície, que forma ligações para o exterior do material, e dimensionamento, no qual é adicionado um epóxi para proteger as fibras.

Classes de fibra de carbono

A fibra de carbono está disponível em diversas classes diferentes, que são dependentes da temperatura utilizada na carbonização. A fibra de carbono com maior resistência à tração é formada em temperaturas entre 1.500 a 2.000 graus Celsius, enquanto a fibra de carbono mais elástica é aquecida a altas temperaturas, de até 3.000 graus Celsius. As fibras podem ser tecidas em telas ou misturadas com outros compostos para formar materiais compostos de fibra de carbono, usados para uma ampla variedade de aplicações.