História da Fibra de Carbono

História da Fibra de Carbono

Eletricidade, lâmpadas, Edison e bacon

A fibra de carbono foi usada pela primeira vez em 1860 para criar um arco entre duas hastes de carbono condutoras carregadas. A eletricidade era uma espécie de espetáculo de circo naquela época, e a fibra de carbono, como eram conhecidas, não tinha absolutamente nada a ver com o fornecimento dos recursos de alto desempenho que conhecemos hoje. No entanto, a resistência ao calor e a condutividade elétrica das fibras de carbono são usadas na iluminação, ajudando assim a encontrar os blocos de construção que formam as fibras de carbono por meio da "pirólise". Em 1879, Thomas Edison usou a pirólise para produzir filamentos de fibra de carbono, que foram usados ​​como eletrodos dentro da primeira lâmpada. Esses filamentos, derivados de impurezas em fibras de algodão e bambu queimadas, acabam sendo as próprias fibras de carbono que conduzem eletricidade.

Não foi até 1958 que o físico Roger Bacon produziu os primeiros bigodes de fibra de carbono de alto desempenho por meio de um processo de pirólise. Ao estudar a fusão do grafite sob alta temperatura e pressão, Bacon descobriu a química por trás da estrutura hexagonal reforçada com fibra de carbono. Essa estrutura rica em carbono é então multiplicada, formada em uma folha e enrolada continuamente ao longo do comprimento da fibra. Os bigodes de Bacon produzem as fibras mais rígidas e fortes conhecidas no mundo. Alguns anos depois, Bacon produziu um produto comercial usando um precursor à base de rayon. As possibilidades mecânicas da fibra de carbono estão finalmente se consolidando. No entanto, o custo de produção desta descoberta foi astronômico. Para estar vivo,

Pitch e Pan

A década de 70 é onde as propriedades imaginativas da fibra de carbono começaram a ser realizadas em ambientes industriais. Leonard Singer descobriu fibras de carbono baseadas em "piche" estudando a carbonização de materiais à base de petróleo e carvão. O betume é uma substância semelhante ao alcatrão produzida pelo aquecimento do petróleo (óleo) em uma substância com alto teor de carbono. Ao esticar as moléculas de piche e processá-las em altas temperaturas, elas são organizadas em fibras de carbono altamente cristalinas. O advento das fibras de carbono à base de piche produziu módulo ultra-alto (rigidez) e alta condutividade térmica, todos necessários para aplicações expostas a altas temperaturas dentro de aeronaves. Embora muito caro para processar, as fibras de carbono baseadas em piche da Singer encontram uso em aplicações de alta temperatura.

Enquanto isso, o cientista japonês Akio Shindo expandiu a pesquisa de fibra de carbono no Japão usando uma forma de poliacrilonitrila (PAN) à base de petróleo de alta pureza. PAN, o precursor de fibra de carbono mais comum atualmente, produz altos níveis de cristalinidade dentro da fibra, mas é mais resistente do que nunca visto em fibras de carbono à base de breu ou raiom. O processo precursor de PAN da Shindo também é mais econômico na produção de fibras de carbono de alta qualidade do que fibras baseadas em breu ou raiom.

entrar no mainstream

Ao longo das décadas de 1980 e 1990, uma perspectiva global em aplicações de aviação e aeroespacial do governo para clientes comerciais é agora claramente reconhecida. Isso levou a um crescimento exponencial nas opções de fibra de carbono para essas indústrias. Isso se deve ao fato de que uma redução substancial no peso da aeronave resulta em maior desempenho e eficiência de combustível da aeronave e até mesmo dos componentes do motor. Os engenheiros começaram a trabalhar em conceitos mais leves, mais fortes e mais rápidos. Peças de reposição agora estão sendo projetadas, usando material de fibra de carbono, para substituir peças feitas de ligas à base de aço e alumínio. No entanto, a fibra de carbono é um material difícil de usinar em comparação com os métodos de usinagem subtrativos, uma vez conhecidos na fabricação de metais. Com o tempo gasto aprendendo e compreendendo os métodos de fabricação de fibra de carbono, o número de peças de metal diminuiu e tornou-se menos comum em todas as aeronaves recém-projetadas. À medida que os métodos de fabricação avançam, também avança a produção das próprias fibras. Tudo isso levou a um boom nessa forma de ouro negro, impulsionando uma demanda maior.

Devido às suas propriedades aprimoradas de fabricação e processamento, a fibra de carbono é agora amplamente utilizada em campos industriais em todo o mundo. Um aumento constante no maior teor de carbono, alguns excedendo 90 por cento de carbono, compartilha os benefícios do aumento da resistência ao mesmo tempo em que é mais econômico para o mercado. Devido a melhorias na engenharia e no controle do processo, o fator de custo da fibra de carbono caiu significativamente. O uso de fibra de carbono foi além das aplicações aeroespaciais e agora é uma solução viável para uma gama crescente de indústrias, incluindo esportes motorizados, barcos, artigos esportivos, construção e até móveis. Há cinquenta anos, ninguém pensava em ter uma mesa de fibra de carbono. Mesmo produzir tanta fibra de carbono crua custaria milhões de dólares. Hoje, a aplicação da fibra de carbono é limitada apenas à nossa imaginação humana.