Aço tem sido usado há muito tempo para criar estruturas robustas, duradouras e rígidas. A fibra de carbono é uma adição relativamente recente aos materiais estruturais, mas as suas propriedades são impressionantes e únicas. Segue-se uma decomposição das propriedades destes dois materiais e alguns exemplos de indústrias que se estão a deslocar para a fibra de carbono.
O que é fibra de carbono?
A fibra de carbono é composta de carbono, um elemento natural, e tem uma elevada resistência à tracção devido à sua estrutura cristalina. É utilizada para fabricar peças compostas de alta resistência e peso reduzido com a fibra embutida numa matriz de polímero. A física do carbono torna-a muito forte e incrivelmente rígida. O módulo de elasticidade (uma medida da resistência de um material à deformação) das fibras de carbono situa-se entre 150-760 gigapascals (GPa). A vasta gama é porque o processo de fabrico pode ser modificado para adaptar a rigidez e a resistência. A resistência à tracção da fibra de carbono é uma das mais elevadas de qualquer material disponível. Embora muitos materiais, incluindo o aço, possam ter elevada rigidez e resistência à tracção, os benefícios reais da fibra de carbono são a sua relação força/peso e rigidez/peso devido à sua baixa densidade (cerca de 1,6 g/ cm3). Isto permite que os materiais de fibra de carbono tenham uma alta resistência à tracção enquanto são leves. Como tal, é um candidato ideal para aplicações industriais, tais como:
- Robótica
- Metrologia
- Veículos terrestres
- carros
- ciclos
- bicicletas
- Turbinas eólicas
p> Em muitas destas aplicações, materiais mais pesados consomem mais energia, causam maior desgaste ao longo do tempo, e/ou tornam os desenhos de alto desempenho difíceis a impossíveis.
Como é que o aço compara?
O aço tem sido um material a ser usado há muito tempo devido ao seu elevado módulo de elasticidade de cerca de 200 GPa. Esta rigidez, e a sua relativa abundância, tornaram-no um material ubíquo para o fabrico. Mas com uma densidade de cerca de 8 g/cm3 o seu peso pode ser muito tributário nas máquinas que se pretende reforçar. Isto é cerca de 5 vezes o peso de materiais de fibra de carbono que proporcionariam a mesma rigidez ou melhor.
Quais são algumas aplicações comuns da fibra de carbono?
A fibra de carbono pode ser utilizada para produzir uma grande variedade de produtos. Qualquer coisa que precise de ser rígida e leve é um candidato perfeito para materiais compostos de fibra de carbono. São opções populares para caixas telefónicas, uma vez que oferecem grandes níveis de protecção contra danos. Estão a ser cada vez mais utilizadas em drones e veículos aéreos não tripulados (UAV), onde o baixo peso contribui para uma estrutura mais leve e uma maior carga útil. Na indústria automóvel, os novos avanços na tecnologia das fibras de carbono têm o potencial de reduzir o peso do automóvel quase para metade. Além disso, a fibra de carbono não sofre de expansão térmica do aço ou do alumínio. As tabelas de imagens médicas beneficiam da resistência e rigidez da fibra de carbono, mantendo dimensões críticas sob carga sem se quebrar com o tempo, mesmo após altas doses de raios X e radiação gama.
How Easy is Carbon Fiber to Cut Compared to Steel?
Carbon fiber is easier to cut than steel. O seu baixo peso facilita o manuseamento e as rodas ou serras rotativas com lâminas de diamante ou de carboneto de tungsténio cortam facilmente o compósito de fibra de carbono e tornam a prototipagem fácil.