Principais tipos de fibra usados em compósitos de alto{0}}desempenho
1. Fibra de vidro (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 fibra de vidro R-ou fibra de vidro T-) tem resistência à tração significativamente melhor. A fibra de vidro S-geralmente é 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 uma rigidez cerca de 10-20% 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, o que as torna 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 produzida 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 fibra de carbono é a fibra de poliacrilonitrila (PAN). Atualmente, as fibras de carbono padrão e de módulo médio mais comuns são baseadas no precursor PAN. O módulo da fibra de carbono preparada pelo sistema precursor do asfalto (pitch) costuma ser maior. Uma única fibra de carbono é normalmente menor que uma fibra de vidro, com apenas 5 mícrons de diâmetro. A fibra de carbono de módulo é frequentemente classificada com módulo padrão, módulo intermediário (IM), módulo alto (HM) e fibra de carbono de módulo ultra-alto.
Outras fibras de reforço especializadas na indústria
Além do vidro e do carbono tradicionais, as aplicações especializadas exigem arquiteturas de fibra exclusivas:
- Fibra de aramida Kevlar:Fibra sintética de aramida desenvolvida pela DuPont. Outras fibras de aramida comerciais incluem Twaron, Technora e Nomex. Como 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. Eles são frequentemente usados em combinação com fibra de carbono ou fibra de vidro.
- Fibra de basalto:Feito usando um processo de fusão e extrusão semelhante ao da fibra de vidro. Sua resistência à tração e módulo são ligeiramente superiores aos da fibra de vidro E-, mas inferiores aos da fibra de carbono. A densidade é semelhante à da fibra de vidro E-. O preço está entre fibra de vidro E-e fibra de carbono.
- Polietileno de ultra{0}}peso molecular:Tanto Dyneema quanto Spectra são fibras feitas de filamentos extrudados de polietileno de ultra{0}}peso molecular (UHMWPE) ou polietileno de alto módulo (HMPE). O UHMWPE é robusto, durável e frequentemente misturado com fibras de carbono para aumentar a resistência do compósito e impactar a absorção de energia.
- Polipropileno de alto peso molecular:Innegra é uma fibra feita de polipropileno de alto peso molecular (HMPP). Embora não seja tão forte quanto Kevlar ou Dyneema, o Innegra é resistente e resistente a impactos e quebras a um custo menor.
- Fibras vegetais:As fibras de reforço estrutural mais antigas são madeira e fibras vegetais (como linho e juta). Embora ofereçam benefícios ecológicos, as fibras vegetais lutam com a absorção de umidade e exibem uma gama mais ampla de inconsistências mecânicas em comparação com o vidro E-projetado.
- Fibras cerâmicas:Usado em compósitos de matriz cerâmica (CMC) para resistência-a temperaturas extremamente altas. As fibras de boro sem óxido possuem incrível resistência à compressão, enquanto as fibras de carboneto de silício (SiC) oferecem dureza suprema.
Transição de fibras brutas para soluções estruturais: a diferença LFT
A simples mistura de fibras brutas com plásticos não é suficiente para aplicações estruturais-de serviços pesados. Os compostos de fibra curta-padrão usam fibras cortadas com menos de 1 mm, que atuam como enchimentos de partículas, mas não conseguem transmitir o estresse mecânico de forma eficiente. É aqui queTermoplásticos de Fibra Longa (LFT/LFRT)tornar-se essencial.
Ao utilizar tecnologia de composição por pultrusão contínua, LFT-G®alinha fibras de vidro E-ou fibras de carbono PAN dentro de matrizes poliméricas (como PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). No componente-moldado por injeção final, essas fibras mantêm um comprimento de 10 a 12 mm, estabelecendo umaRede de esqueleto interligada 3D. Este esqueleto interno melhora dramaticamente:
- Resistência ao impacto:Absorve choques mecânicos e evita a propagação de fissuras.
- Estabilidade Dimensional:Diminui o encolhimento do molde e elimina empenamentos.
- Capacidades de substituição de metal:Substitui componentes pesados de alumínio e aço, reduzindo o peso da peça em até 50%.
