Colégio de Aplicação – UFRJ
Nome: Gabriel Felipe T. de Barros
Turma: 22C
Setor curricular de Química
Professora: Izabel Goudart

Fibra de Carbono

Material analisado: Fibra de Carbono.

Quando: Os primeiros registros da produção de fibras de carbono são atribuídos a Thomas Edison. Ele implantou esse material como filamentos em lâmpadas incandescentes. Embora esta primeira preparação de fibras de carbono tenha ocorrido em 1878, este material só começou a ser produzido comercialmente a partir de 1959. A Union Carbide inicia a produção de fibras de carbono (a Union Carbide é uma empresa americana das mais antigas das empresas químicas, a qual trabalha com polímeros). O interesse pela produção deste material foi alavancado pelos avanços sofridos pelas indústrias aeronáuticas e bélicas durante a década de 60.

Como: A fibra carbônica provém da pirólise. A pirólise é um processo no qual temos a ruptura da estrutura molecular de determinado composto através de calor. A fibra carbônica resulta da pirólise de materiais carbonáceos (materiais que contém carbono em sua estrutura). Tem-se uma fibra precursora(material rico em carbono) que pode ser sintética ou natural. Tal fibra precursora sofre um processo de tratamento térmico a condições controladas de pressão e temperatura, em determinado tempo. Esquenta-se a matéria prima, com a utilização de vapor, ao mesmo tempo em que tal material recebe tensões mecânicas, o alongando. O aquecimento é controlado em torno de 250°C, aproximadamente. Após isso, ocorre a sua estabilização físico-química, através do surgimento de ligações transversais entre as cadeias moleculares. Em seguida, vem o processo de carbonização em atmosfera inerte em alta temperatura, em torno de 1000°C; o gás mais utilizado é o Argônio (a atmosfera é inerte, devido ao fato do Argônio a fazê-la assim; lembremos que o Argônio “não se mistura”, por ser um gás nobre – do grego argos: inerte ou inativo). Alguns subprodutos surgem no processo de pirólise; alguns deles são: o nitrogênio, o dióxido de carbono, o vapor d’água, o cianureto de hidrogênio, e a amônia.
Após a pirólise, vem o processo de “grafitização”, onde se aplica um tratamento térmico entre 2000 e 3000°C, o que gera uma organização cristalina ordenada dos cristais de carbono, no interior da fibra.

O modelo de Johnson e Tyson sugere que as fibras são formadas pelo empilhamento de várias fitas de carbono; o empilhamento está relacionado ao comprimento da fibra de carbono, enquanto que as várias colunas colocadas lado a lado determinam a espessura da fibra ou sua seção transversal.

Já o modelo mais aceito atualmente (o proposto por Ruland) mostra que as fibras são formadas por diversos conjuntos de fitas, sendo que estas possuem aproximadamente 6 nanômetros de espessura e alguns milhares de nanômetros de comprimento. Várias dessas fitas são ordenadas paralelamente formando vários conjuntos de fitas denominados de microfibras, as quais se estendem em direção ao eixo axial da fibra de carbono.






Modelos de estruturas transversais de fibras de matérias tipo PAN e piche.

Na cristalização, os cristais de carbono podem assumir formas cristalinas diversas. Suas propriedades físicas e mecânicas variam conforme a matéria prima (fibra precursora) utilizada e as condições de produção. As fibras de carbono têm suas características dependentes de sua microestrutura, ou seja, de sua estrutura atômica.

As fibras carbônicas sozinhas não são apropriadas para uso, porém, ao serem combinadas com materiais matrizes, estas adquirem propriedades mecânicas excelentes.

Aplicação na indústria: entre diversos materiais estudados atualmente, as fibras de carbono têm merecido uma atenção especial de diversos grupos de pesquisas devido às suas características peculiares, das quais pode ser destacada a baixa densidade associada a uma alta resistência mecânica. Estes materiais foram utilizados pela primeira vez nas indústrias aeronáutica e aeroespacial e o sucesso desta aplicação fez crescer as pesquisas e as novas aplicações envolvendo este material, bem como aprimoramento do processo de fabricação.
Atualmente, as fibras de carbono são empregadas nos mais diversos setores da atividade humana, tais como nas indústrias automobilística, de materiais esportivos e medicinais. Além disso, nas últimas décadas tem crescido também o seu emprego na construção de eletrodos utilizados em medidas eletroquímicas.



Importância comercial e reflexos no meio ambiente: “as estruturas de fibra de carbono ainda são caras por causa do processo de fabricação", afirma o engenheiro mecânico Victor Soares, da área de projetos de estruturas móveis na Embraer. Ele explica que os componentes (mesmo os dos aviões) são produzidos manualmente, de forma quase artesanal. "A fibra chega como um tecido mesmo, e é disposta no molde em camadas. Depois é levada a um forno sob pressão de até 7 bars", explica. A vantagem do carbono sobre o aço, segundo Soares, é a capacidade de formar diferentes peças preservando a alta resistência. "Isso às vezes é difícil de ser feito com aço ou mesmo alumínio. A aplicação desse material em automóveis deve crescer futuramente, conforme o engenheiro mecânico João de Alencar, especialista em compósitos e dono de uma empresa que produz essas fibras. De acordo com ele, melhorias no sistema de produção reduzirão o preço do produto. "O futuro está no uso de materiais mais leves, como o carbono", diz. Isso permitirá redução do consumo de combustível - e dos níveis de emissões - e aumento da segurança dos ocupantes. "A fibra dissipa melhor a energia e é mais fácil de reparar", explica.”

http://br.youtube.com/watch?v=OHECE38FVKg - Vídeo sobre o Boing 787, feito em fibra de carbono.



Bibliografia:
www.wikipedia.org
www.scielo.br
www.gorni.eng.br
www.folhadaregiao.com.br
www.youtube.com