materiais muito diferentes
Os materiais compostos diferem dos materiais convencionais porque as peças compostas contêm dois componentes distintos - fibras e materiais de matriz (mais comumente resinas poliméricas) - que permanecem separados quando combinados, mas interagem para formar um novo material cujas propriedades não podem ser previstas simplesmente adicionando as propriedades de seus componentes. componentes.
De fato, uma das principais vantagens da combinação fibra/resina é sua complementaridade. Fibras de vidro finas, por exemplo, têm resistência à tração relativamente alta, mas são facilmente danificadas. Em contraste, a maioria das resinas poliméricas tem fraca resistência à tração, mas são muito resistentes e maleáveis. Quando a fibra e a resina são combinadas, no entanto, elas podem compensar as fraquezas uma da outra, criando um material muito mais útil do que qualquer componente individual.
As propriedades estruturais dos compósitos são derivadas principalmente do reforço de fibras. Compósitos comerciais para grandes mercados, como peças automotivas, navios, bens de consumo e peças industriais resistentes à corrosão, são normalmente feitos de fibras de vidro descontínuas e orientadas aleatoriamente ou formas de fibras contínuas, mas não orientadas.
Originalmente desenvolvidos para o mercado aeroespacial militar, os compósitos avançados, que funcionam melhor do que os metais estruturais tradicionais, agora são encontrados em satélites de comunicação, aeronaves, artigos esportivos, transporte, indústria pesada e no setor de energia para exploração de petróleo e gás e construção de turbinas eólicas.
Compósitos de alto desempenho derivam suas características estruturais de materiais de reforço de fibra contínua, orientada e de alta resistência -- mais comumente fibra de carbono, fibra de arilpoliamida ou fibra de vidro -- em uma matriz que melhora a usinabilidade e melhora as propriedades mecânicas como rigidez e resistência química.
A orientação da fibra pode ser controlada, o que é um fator que pode melhorar o desempenho em qualquer aplicação. Por exemplo, em eixos de tacos de golfe compostos, as fibras de boro e carbono são orientadas em diferentes ângulos dentro do eixo composto, capazes de aproveitar ao máximo suas características de resistência e rigidez e suportar cargas de torque e múltiplas forças de flexão, compressão e tração.
Fibra de vidro
A grande maioria das fibras utilizadas na indústria de compósitos é de vidro. A fibra de vidro é o material de reforço mais antigo e comum usado na maioria das aplicações do mercado final (com a indústria aeroespacial sendo uma importante exceção) para substituir componentes metálicos mais pesados.
A fibra de vidro é mais pesada e menos rígida do que a fibra de carbono, o próximo material de reforço mais comum, mas é mais resistente a impactos e tem maior alongamento na ruptura (isto é, estica mais antes de quebrar). Uma ampla gama de características e níveis de desempenho podem ser obtidos dependendo do tipo de vidro, diâmetro do filamento, química do revestimento (chamado "dimensionamento") e forma da fibra.
Os filamentos de vidro são fornecidos na forma de feixes chamados fios, que são coleções de filamentos de vidro contínuos.
A mecha é geralmente um feixe de fios não torcidos enrolados como linha em torno de um grande carretel. A mecha de ponta única consiste em um fio contínuo de vários filamentos de vidro que percorrem o comprimento do fio. A mecha com várias extremidades contém fios longos, mas não completamente contínuos, que são adicionados ou descartados em um arranjo escalonado durante o enrolamento. O fio é uma coleção de fios torcidos juntos.
Fibra de alto desempenho
A fibra de carbono - de longe a fibra mais usada em aplicações de alto desempenho - é feita de uma variedade de sistemas precursores, incluindo poliacrilonitrila (PAN), rayon e asfalto. As fibras precursoras são tratadas quimicamente, aquecidas e esticadas e depois carbonizadas para produzir fibras de alta resistência. A primeira fibra de carbono de alto desempenho do mercado foi feita a partir de precursores de rayon.
Hoje, poliacrilonitrila e fibras à base de asfalto substituíram as fibras artificiais na maioria das aplicações. A fibra de carbono à base de panela é a mais versátil. Eles oferecem uma incrível variedade de propriedades, incluindo excelente resistência e alta rigidez. As fibras asfálticas são feitas de petróleo ou betume de alcatrão de hulha e têm rigidez alta a extremamente alta e coeficiente axial de expansão térmica (CTE) baixo a negativo. Suas características CTE são particularmente úteis em aplicações de espaçonaves que requerem gerenciamento térmico, como invólucros de instrumentos eletrônicos.
Embora sejam mais fortes do que as fibras de vidro ou aramida, as fibras de carbono não são apenas menos resistentes ao impacto, mas também sofrem corrosão galvânica quando entram em contato com o metal. Os fabricantes superam o último problema usando materiais de barreira ou camadas de véu (geralmente fibra de vidro/epóxi) durante o processo de laminado.
A forma básica da fibra de carbono de alto desempenho é um feixe de fibra contínua chamado feixe de filamentos. Um feixe de fibra de carbono consiste em milhares de filamentos contínuos e não torcidos, o número de filamentos representado por um número seguido por um "K", que significa multiplicado por 1,000 (por exemplo, 12K significa que o número de filamentos é 12,000). Os cachos podem ser usados diretamente em processos como enrolamento de filamentos ou moldagem por pultrusão ou podem ser convertidos em fitas unidirecionais, tecidos e outras formas reforçadas.
