Fibra de Carbono – Tabela de Materiais – Aplicação – Preço

Sobre Fibra de Carbono

A fibra de carbono é um polímero que é um material muito forte que também é muito leve. As fibras de carbono têm várias vantagens, incluindo alta rigidez, alta resistência à tração, baixo peso, alta resistência química, tolerância a altas temperaturas e baixa expansão térmica. A fibra de carbono é cinco vezes mais forte que o aço e duas vezes mais rígida. Embora a fibra de carbono seja mais forte e rígida que o aço, é mais leve que o aço; tornando-o o material de fabricação ideal para muitas peças. As fibras de carbono são geralmente combinadas com outros materiais para formar um compósito. 

Resumo

Nome	Fibra de Carbono
Fase em STP	sólido
Densidade	2000 kg/m3
Resistência à tração	4000 MPa
Força de rendimento	2500 MPa
Módulo de elasticidade de Young	500 GPa
Dureza Brinell	N/D
Ponto de fusão	3657 °C
Condutividade térmica	100 W/mK
Capacidade de calor	800 J/gK
Preço	22 $/kg

Composição da Fibra de Carbono

Para produzir uma fibra de carbono, os átomos de carbono são unidos em cristais que são mais ou menos alinhados paralelamente ao longo eixo da fibra, pois o alinhamento do cristal dá à fibra uma alta relação resistência-volume (em outras palavras, é forte pelo seu tamanho). Vários milhares de fibras de carbono são agrupadas para formar uma estopa, que pode ser usada sozinha ou tecida em um tecido. 

Aplicações de Fibra de Carbono

A fibra de carbono é usada principalmente para reforçar materiais compósitos, particularmente a classe de materiais conhecidos como polímeros reforçados com fibra de carbono ou grafite. A fibra de carbono pode ter um custo maior do que outros materiais o que tem sido um dos fatores limitantes de adoção. Em uma comparação entre materiais de aço e fibra de carbono para materiais automotivos, a fibra de carbono pode ser 10-12x mais cara. O uso crescente de compósitos de fibra de carbono está substituindo o alumínio das aplicações aeroespaciais em favor de outros metais devido a problemas de corrosão galvânica. 

Propriedades Mecânicas da Fibra de Carbono

Força da Fibra de Carbono

Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original.

A resistência de um material é a sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica. Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa. No caso de tensão de tração de uma barra uniforme (curva tensão-deformação), a lei de Hooke descreve o comportamento de uma barra na região elástica. O módulo de elasticidade de Young é o módulo de elasticidade para tensões de tração e compressão no regime de elasticidade linear de uma deformação uniaxial e geralmente é avaliado por ensaios de tração.

Veja também: Resistência dos Materiais

Resistência à tração final da Fibra de Carbono

A resistência à tração final da Fibra de Carbono é de 4000 MPa.

Força de Cedência da Fibra de Carbono

A força de rendimento da Fibra de Carbono é de 2500 MPa.

Módulo de Elasticidade da Fibra de Carbono

O módulo de elasticidade de Young da Fibra de Carbono é de 500 MPa.

Dureza da Fibra de Carbono

Na ciência dos materiais, a dureza  é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.

O número de dureza Brinell (HB) é a carga dividida pela área da superfície da indentação. O diâmetro da impressão é medido com um microscópio com uma escala sobreposta. O número de dureza Brinell é calculado a partir da equação:

A dureza Brinell da Fibra de Carbono é aproximadamente N/A.

Veja também: Dureza dos Materiais

Propriedades Térmicas da Fibra de Carbono

Fibra de Carbono – Ponto de Fusão

O ponto de fusão da Fibra de Carbono é 3657 °C.

Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão. Em geral, a fusão é uma mudança de fase de uma substância da fase sólida para a líquida. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual essa mudança de fase ocorre. O ponto de fusão também define uma condição na qual o sólido e o líquido podem existir em equilíbrio. Para vários compostos químicos e ligas, é difícil definir o ponto de fusão, pois geralmente são uma mistura de vários elementos químicos.

Fibra de Carbono – Condutividade Térmica

A condutividade térmica da Fibra de Carbono é  de 100 W/(m·K).

As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.

A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. No geral:

A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto, geralmente podemos escrever k = k(T). Definições semelhantes estão associadas a condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.

Fibra de Carbono – Calor Específico

O calor específico da Fibra de Carbono é 800 J/g K.

Calor específico, ou capacidade calorífica específica, é uma propriedade relacionada à energia interna que é muito importante na termodinâmica. As propriedades intensivas c_v e c_p são definidas para substâncias compressíveis puras simples como derivadas parciais da energia interna u(T, v) e entalpia  h(T, p), respectivamente: 

onde os subscritos v e p denotam as variáveis ​​mantidas fixas durante a diferenciação. As propriedades c_v e c_p são chamadas de calores específicos (ou capacidades de calor) porque, sob certas condições especiais, elas relacionam a mudança de temperatura de um sistema com a quantidade de energia adicionada pela transferência de calor. Suas unidades no SI são J/kg K ou J/mol K.

Propriedades e preços de outros materiais

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