Tranças de fibra de carbono: o que são e por que são utilizadas

Se você já se perguntou por que um pedaço de fibra de carbono pode parecer diferente de outro, você não está sozinho. A fibra de carbono vem em muitas tramas diferentes, cada uma servindo a uma finalidade diferente, e não é apenas decorativa.

As fibras de carbono são feitas de precursores como poliacrilonitrila (PAN) e rayon. As fibras precursoras são tratadas quimicamente, aquecidas e esticadas e depois carbonizadas para formar fibras de alta resistência. Essas fibras ou filamentos são então agrupados e identificados pelo número de filamentos de carbono que contêm. As classificações de reboque comuns são 3k, 6k, 12k e 15k. O "k" significa mil, então um reboque de 3k é feito de 3,000 filamentos de carbono. O reboque padrão de 3k tem normalmente 00,125 polegadas de largura, o que significa muita fibra comprimida em um espaço pequeno. Um reboque de 6k tem 6000 filamentos de carbono, um reboque de 12k tem 12000 filamentos de carbono e assim por diante. Grandes quantidades de fibras de alta resistência agrupadas tornam a fibra de carbono um material tão forte.

 

tecido de fibra de carbono
A fibra de carbono geralmente vem na forma de tecidos, o que facilita o trabalho e pode fornecer resistência estrutural adicional dependendo da aplicação. Portanto, os tecidos de fibra de carbono podem ser tecidos de muitas maneiras diferentes. Os mais comuns são cetim liso, sarja e suspensório, e abordaremos cada material detalhadamente.

ponto de tafetá
As folhas lisas de fibra de carbono têm uma aparência simétrica com uma pequena aparência de tabuleiro de xadrez. Nesta trama, os fios são tecidos em um padrão acima/abaixo. A curta distância entre os entrelaçamentos confere ao tecido liso um alto grau de estabilidade. A estabilidade do tecido refere-se à capacidade de um tecido manter seu ângulo de trama e orientação da fibra. Devido a esse alto nível de estabilidade, o tecido liso é menos adequado para configurações com contornos complexos e não será tão flexível quanto alguns outros tecidos. De modo geral, o tecido liso é adequado para folhas planas, tubos e curvas bidimensionais.

Uma desvantagem desse padrão de tecelagem é que há fortes ondulações nos fios devido à curta distância entre os entrelaçamentos (os ângulos que as fibras formam quando tecidas, veja abaixo). A crimpagem severa cria concentrações de tensão que enfraquecem a peça ao longo do tempo.

Sarja
A sarja é a ponte entre o tecido simples e o tecido de cetim que discutiremos a seguir. O tecido sarja tem boa flexibilidade e pode formar contornos complexos. É pior do que o tecido de cetim suspensor na manutenção da estabilidade do tecido, mas não tão bom quanto o tecido de trama simples. Se você seguir os fios do reboque em ponto de sarja, ele passa por um certo número de reboques e depois pelo mesmo número de reboques. O padrão para cima/para baixo cria a aparência de uma seta diagonal, chamada “linha de sarja”. A distância maior entre os fios entrelaçados significa menos ondulação e menos concentrações potenciais de tensão em comparação com tecidos de trama simples.

A sarja 2×2 é provavelmente o tecido de fibra de carbono mais conhecido do setor. É utilizado em muitas aplicações cosméticas e decorativas, mas também é altamente funcional, combinando média conformabilidade com média estabilidade. Como o nome 2×2 indica, cada reboque passará por 2 reboques e depois cruzará ambos. Da mesma forma, uma sarja 4×4 será enfiada em 4 reboques e depois em 4 reboques. Tem uma forma ligeiramente melhor do que a sarja 2×2 porque a trama não é tão justa, mas também é menos estável.

arnês de cetim
O tecido de cetim foi projetado há milhares de anos para criar tecidos de seda com excelente caimento e ao mesmo tempo suaves e sem costuras. Para compósitos, essa capacidade de drapeamento significa que ele pode ser facilmente moldado e enrolado em contornos complexos. Dado que este tecido é altamente moldável, espera-se que a sua estabilidade seja baixa. Os tecidos de cetim heddle comuns incluem 4-cetim heddle (4HS), 5-cetim heddle (5HS) e 8-cetim heddle (8HS). À medida que a quantidade de tecido de cetim aumenta, a conformabilidade aumenta enquanto a estabilidade do tecido diminui.

Reboque espalhado vs. reboque padrão
Os materiais spread tow podem ser um bom compromisso entre o uso de materiais unidirecionais e materiais trançados padrão. Quando os fios de fibra são tecidos para cima e para baixo para formar um tecido, a resistência é reduzida devido ao enrugamento dos fios. Quando você aumenta o número de filamentos em um cabo padrão (por exemplo, de 3k para 6k), o cabo fica maior (mais grosso) e o ângulo de curvatura fica mais áspero. Uma maneira de evitar isso é espalhar os filamentos em cabos mais largos, isso é chamado de espalhar os cabos, e há vários benefícios em fazer isso.

Espalhar o reboque proporciona um ângulo de curvatura menor do que o trançado de reboque padrão e pode reduzir defeitos de cruzamento aumentando a suavidade. Um ângulo de crimpagem mais baixo resultará em maior resistência. Os materiais spread tow também são mais fáceis de trabalhar do que os materiais unidirecionais e ainda fornecem uma prevenção bastante boa do pull-up da fibra.

unidirecional
Como o nome sugere, uni, que significa um, todas as fibras são orientadas na mesma direção. Isto proporciona algumas vantagens de alta resistência aos tecidos unidirecionais (UD). O tecido UD não é tecido e não possui fibras entrelaçadas onduladas que possam enfraquecer a estrutura. Em contraste, as fibras contínuas acrescentam resistência e rigidez. Outro benefício é a capacidade de personalizar o layout com maior controle sobre as características de desempenho. Quadros de bicicleta são um ótimo exemplo de como os tecidos UD podem ser usados ​​para personalizar o desempenho. A área do suporte inferior do quadro deve ser rígida para transferir a potência do piloto para as rodas, mas o quadro também precisa ser flexível e flexível para evitar lesões no piloto. Com materiais UD, você pode escolher a direção precisa das fibras para obter a resistência necessária.

Uma grande desvantagem do UD é a sua manobrabilidade. O UD pode desmoronar facilmente durante a disposição porque não possui fibras entrelaçadas para mantê-lo unido. Se as fibras forem colocadas incorretamente, é quase impossível redirecioná-las corretamente novamente. Peças usinadas feitas de tecido UD também podem causar problemas. Se alguma fibra for puxada para cima no local onde o recurso foi cortado, essas fibras soltas poderão puxar toda a peça. Normalmente, se um material UD for selecionado para laminação, uma camada de material tecido será usada para a primeira e a última camadas para melhorar a trabalhabilidade e a durabilidade da peça. Isso é feito desde estruturas de drones para amadores até a produção de peças de foguetes.