A fibra de carbono é um material de fibra de alto desempenho. O seu processo de preparação inclui principalmente as seguintes etapas:
1. Seleção de matéria-prima
A principal matéria-prima da fibra de carbono é o poliacrilonitrila, que é uma fibra sintética.
Algumas outras matérias-primas, como piche de carvão e fibras naturais, também podem ser usadas para preparar fibras de carbono.
2. Girando
O precursor é misturado com outros materiais e então transformado em fibras.
As fibras são então lavadas e esticadas.
3.Estabilização
A fibra de carbono deve ser alterada quimicamente antes da carbonização para torná-la mais estável termicamente, alterando suas ligações atômicas lineares para ligações em escada. Aqueça a fibra ao ar a 200-300 grau por aproximadamente 30 minutos a 2 horas. Este processo de aquecimento força os átomos de carbono a absorver átomos de oxigênio do ar e reorganiza as moléculas em padrões de ligação mais estáveis termicamente.
Este processo exotérmico deve ser cuidadosamente controlado para evitar o superaquecimento da fibra. Existem vários métodos usados para estabilizar a fibra de carbono.
4.Carbonização
Após a fibra ser estabilizada termicamente, ela é aquecida a 1.000-3,000 grau na ausência de oxigênio por vários minutos.
A falta de oxigênio impede que as fibras queimem em calor tão alto. Durante esse processo, é importante manter a pressão do ar dentro do forno mais alta do que a pressão do ar fora do forno, e manter a entrada e a saída da fibra seladas para evitar que o oxigênio entre no forno.
Nessa alta temperatura, a fibra expele seus átomos não-carbono, e os átomos de carbono restantes formam cristais de carbono fortemente unidos.
Esses cristais de carbono estão alinhados paralelamente ao longo eixo da fibra de carbono.
5.Tratamento de superfície
O processo de carbonização dá à fibra uma superfície lisa que não consegue aderir bem à resina epóxi e outros materiais usados para fazer produtos compósitos.
Portanto, a superfície está ligeiramente oxidada. A oxidação confere à superfície melhores propriedades de ligação química, ao mesmo tempo que grava a superfície para permitir que os produtos químicos adiram melhor à superfície.
Às vezes, as fibras são oxidadas por imersão em gases como dióxido de carbono, ar ou ozônio, ou em líquidos como ácido nítrico ou hipoclorito de sódio. Outras vezes, a oxidação é obtida por eletrólise, mergulhando fibras carregadas positivamente em um banho de material condutor.
Independentemente do método de preparação de superfície utilizado, é crucial que ele seja realizado sob supervisão cuidadosa de especialistas para evitar a introdução de imperfeições na superfície que possam levar à falha do material.
6. Dimensionamento
Uma vez oxidadas, as fibras são enroladas para evitar danos quando enroladas em bobinas ou tecidas em tecido.
O processo de revestimento é chamado de dimensionamento, e o material de dimensionamento é cuidadosamente selecionado para ser compatível com o adesivo usado para formar a estrutura composta.
Os materiais de revestimento podem incluir poliéster, náilon, uretano ou epóxi.
Deve-se notar que o processo de preparação da fibra de carbono é relativamente complexo e requer rigoroso controle de processo e condições de equipamentos para garantir que a fibra de carbono tenha bom desempenho e qualidade.
