Como fabricar fibra de carbono

Escrito por wes walcott | Traduzido por angela spada
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Em muitos veículos de alto desempenho, como espaçonaves e carros de corrida da Fórmula 1, a correta produção de materiais faz a diferença entre o sucesso e o fracasso ou, possivelmente, até entre a vida e a morte. A fibra de carbono é um plástico reforçado por fios têxteis de grafite, o que a torna muito útil na construção de veículos que precisam se deslocar a altas velocidades. A fabricação da fibra de carbono é um processo industrial que requer cuidadosos cálculos, equipamento específico e ambientes controlados.

Nível de dificuldade:
Desafiante

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O que você precisa?

  • Pó plástico de acrilonitrilo
  • Plástico de metilacrilato
  • Fornalhas industriais, aeróbicas e anaeróbicas
  • Máquina de fiação de fibras de carbono
  • Câmaras de gás
  • Material de revestimento, como poliéster, náilon, uretano ou epóxi

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Instruções

  1. 1

    Misture pó plástico de acrilonitrilo com outro tipo de plástico, como o metilacrilato, no processo de polimerização da solução para formar um plástico de poliacrilonitrilo.

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    Proceda à fiação do plástico de poliacrilonitrilo em fibras. Realize isso aquecendo o plástico e bombeando-o através de jatos muito pequenos para o interior de uma câmara onde os solventes se evaporam e deixam para trás um fibra sólida. Esse processo forma a estrutura atômica da fibra.

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    Lave e estire as fibras até um diâmetro apropriado usando equipamento especializado. Com o estiramento, as moléculas no interior das fibras se alinham e se transformam em uma substância semelhante a um fio. Isso facilita mais a formação de cristais de carbono fortemente ligados no processo de carbonização.

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    Estabilize as fibras. Aqueça-as em um ambiente aberto até uma temperatura de aproximadamente 198 a 310 ºC por 30 a 120 minutos. Durante o processo térmico, as fibras absorvem as moléculas de oxigênio e convertem sua estrutura de ligação atômica linear em uma estrutura escalonada mais estável termicamente. É importante realizar essa etapa em um ambiente controlado, uma vez que ocorrem reações químicas que geram seu próprio calor, o que requer cuidadoso monitoramento para evitar superaquecimento. O equipamento e os materiais usados nesse processo podem incluir tambores térmicos, ar aquecido e uma mistura química, ou ainda uma série de câmaras aquecidas.

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    Carbonize as fibras. Após a estabilização, aqueça-as em uma fornalha contendo mistura de gás a uma temperatura aproximada de 998 a 3.037 graus Celsius. É importante não haver qualquer oxigênio presente na fornalha, pois o ambiente anaeróbico impede que as fibras se queimem a temperaturas extremamente elevadas. As fibras começam a perder seus átomos de carbono à medida que se aquecem. Isso faz com que os átomos de carbono remanescentes formem cristais de carbono fortemente ligados.

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    Faça o tratamento da superfície das fibras. Para lhes conferir melhores propriedades de ligação, oxidize ligeiramente as superfícies. Com a adição de átomos de oxigênio à superfície, as fibras se tornam mais resistentes e adquirem melhores atributos de ligação física e química. Realize isso imergindo as fibras em líquido, como ácido nítrico ou hiploclorito de sódio, ou circundando as fibras com gases, como dióxido de carbono, ozônio ou ar. As fibras de carbono são especialmente propensas a desenvolver imperfeições nesse estágio, assim, é importante que o processo ocorra em um ambiente controlado.

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    Revista as fibras em um processo denominado "sizing", ou tratamento superficial, para protegê-las durante o processo de enrolamento filamentar. Os materiais comuns de revestimento são: poliéster, náilon, uretano e epóxi.

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    O enrolamento filamentar é feito colocando-se as fibras em cilindros. Os cilindros para enrolar os fios também são chamados de bobinas, sendo então carregados em um aparelho de fiação onde as fibras podem ser torcidas em uma série de fios de diferentes tamanhos, que posteriormente são tecidos ou moldados nos formatos do material ou tecido a ser usado em uma variedade de produtos.

Dicas & Advertências

  • A fabricação de fibra de carbono é um processo industrial que só deve ser efetuado por profissionais em uma instalação aprovada e com acesso a um equipamento adequado.

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