No último meio século, os compósitos reforçados com fibras têm sido amplamente utilizados devido às suas excelentes propriedades, e o importante papel dos compósitos reforçados com fibras é evidente. Desde o surgimento dos materiais compósitos, as fibras reforçadas passaram por uma transformação de fibras naturais para fibras sintéticas.
Atualmente, as fibras de reforço mais comuns incluem fibra de vidro, fibra de aramida, fibra de carbono, etc. Este artigo apresentará brevemente os tipos de fibra de reforço comuns.
Em materiais compósitos, o principal papel da matriz de resina é unir as fibras e transferir cargas externas de uma fibra para a seguinte. A maioria das fibras reforçadas são dobradas e flexíveis e, se a tensão for aplicada a elas, elas terão resistência à tração e rigidez suficientes.
As fibras de reforço geralmente são feixes e as fibras individuais tendem a ser muito finas, como fibras de vidro e fibras de carbono com uma faixa de diâmetro típica de 5 a 25 mícrons. Para comparação, o cabelo humano geralmente tem entre 50 e 200 mícrons de diâmetro. Todas as "estruturas" reforçadas com fibras podem ser derivadas de fibras de filamentos, incluindo estopa, fio, fibra cortada, fibra moída, etc.
Fibras de reforço comuns incluem fibra de vidro e fibra de carbono.
1. fibra de vidro
Existem muitas variedades diferentes de fibra de vidro, mas para compósitos, duas são as mais comuns. A fibra de vidro E é o tipo padrão em quase todos os produtos reforçados com fibra de vidro, enquanto a fibra de vidro S (também conhecida como vidro R ou fibra de vidro T) tem resistência à tração significativamente melhor.
A fibra de vidro S é geralmente menor que a fibra de vidro E, tem melhor adesão na matriz de resina e o desempenho de impacto é melhorado. Mas custa muito mais. A fibra de vidro S-2 é uma fibra de vidro S comercial de maior resistência, que tem o dobro da resistência à tração da fibra de vidro E típica e também tem rigidez cerca de 10-20 por cento maior. Mas para quase todas as aplicações, a fibra de vidro E é suficiente.
A fibra de vidro é feita por extrusão de produtos minerais fundidos (1700 graus) (sílica, alumínio e óxido de cálcio, etc.) através de orifícios de pequeno diâmetro. Normalmente, as fibras de vidro E têm cerca de 10-25 mícrons de diâmetro, tornando-as maiores que as fibras de carbono.
2. fibra de carbono
As fibras de carbono vêm em muitas variedades, com propriedades mecânicas e custos variados. A fibra de carbono não é extrudada diretamente do material fundido, mas é feita por tratamento térmico da fibra precursora, incluindo pré-oxidação em atmosfera de ar e carbonização em atmosfera inerte. Sob tensão, a estrutura de carbono dentro da fibra se alinha, ajudando a maximizar a resistência à tração e a rigidez.
O precursor mais comum usado para a fibra de carbono é a fibra de poliacrilonitrila (PAN). Atualmente, a fibra de carbono padrão e de módulo médio mais comum é baseada no precursor PAN. O módulo da fibra de carbono preparada pelo sistema precursor asfáltico costuma ser maior. Dependendo das propriedades do precursor, do diâmetro da fibra e dos detalhes do processo de tratamento térmico (oxidação, carbonização, grafitização), a fibra de carbono resultante possui uma ampla gama de propriedades mecânicas.
Uma única fibra de carbono é tipicamente menor que uma fibra de vidro, com apenas 5 mícrons de diâmetro. modulus modulus modulus A fibra de carbono é frequentemente classificada com módulo padrão e módulo intermediário, especialmente com módulo. IM), módulo alto (HM) e fibra de carbono de módulo ultra-alto.
3. Outras fibras de reforço comumente usadas
Kevlar Fibra de Aramida:
Uma fibra de aramida sintética desenvolvida pela DuPont. Outras fibras de aramida comerciais incluem Twaron, Technora e Nomex. Como uma fibra de reforço para materiais compósitos, a fibra de aramida é usada principalmente para aplicações com alta resistência à tração e resistência à perfuração, desgaste e quebra. As fibras de aramida costumam ser difíceis de unir, cortar e manusear e são frequentemente usadas em combinação com fibra de carbono ou fibra de vidro.
Fibra de basalto:
feito usando um processo de fusão e extrusão semelhante à fibra de vidro. Sua resistência à tração e módulo são ligeiramente maiores que a fibra de vidro E, mas menores que a fibra de carbono. A densidade é semelhante à da fibra de vidro E. O preço está entre a fibra de vidro E e a fibra de carbono. Há uma oferta limitada de basalto de grau composto, que geralmente é de cor marrom.
Polietileno de ultra-alto peso molecular:
Tanto a Dyneema quanto a Spectra são fibras feitas de polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE) ou filamento extrudado de polietileno de alto módulo "(HMPE). As fibras podem ser usadas em aplicações compostas, geralmente misturadas com fibra de carbono. O reforço híbrido Dyneema/fibra de carbono pode melhorar a tenacidade dos laminados, a absorção de energia e a resistência ao impacto das fibras de carbono. Os tecidos Spectra podem ser aplicados topicamente para aumentar a resistência ao desgaste.
Polipropileno de alto peso molecular:
Innegra é uma fibra feita pela Innegra Technologies a partir de polipropileno de alto peso molecular (HMPP). Embora não seja tão forte quanto Kevlar ou Dyneema, Innegra é resistente e resistente a impactos e quebras a um custo menor. Freqüentemente, o Innegra é usado como um componente de material de reforço híbrido, misturado com fibra de carbono ou fibra de vidro para aumentar a tenacidade do laminado.
Fibras vegetais:
Embora a fibra de vidro e a fibra de carbono sejam as fibras de reforço mais comuns, as fibras de reforço estrutural mais antigas são as fibras de madeira e vegetais. Na última década, houve um ressurgimento do interesse em fibras vegetais laminadas, especialmente linho e juta, que oferecem propriedades mecânicas úteis e oferecem processamento semelhante aos tipos de fibra padrão. Um desafio que as fibras vegetais enfrentam é uma gama muito mais ampla de propriedades mecânicas do que os materiais de engenharia tradicionais, e elas não são tão fortes quanto as fibras de vidro E comuns. A absorção de umidade é um problema para todos os materiais de reforço compósitos de base biológica, o que pode causar problemas para muitos processos de compósitos.
Fibras cerâmicas:
Os compósitos de matriz cerâmica (CMC) têm propriedades mecânicas semelhantes aos compósitos de fibra de carbono, mas têm resistência a temperaturas extremamente altas. Eles geralmente são quebrados por fibras de óxido e não óxido, dependendo de sua composição química. Do lado não óxido, o boro é um dos materiais cerâmicos de reforço mais conhecidos, com incrível resistência à compressão. As fibras de carboneto de silício (SiC) têm alta resistência e rigidez e são muito duras. A fibra à base de óxido tem maior resistência à oxidação, mas propriedades mecânicas mais baixas.
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