Os materiais compósitos (ou compósitos para o short) são projetados materiais feitos a partir de dois ou mais materiais constituintes que permanecem separadas e distintas em um nível macroscópico, enquanto formando um único componente.

Existem duas categorias de materiais: matriz e reforço. Pelo menos uma parcela (fração) de cada tipo é necessária. A matriz envolve material e apoia os materiais de reforço, mantendo as suas posições relativas. Os reforços dar especial física (mecânica e elétrica) de imóveis para melhorar as propriedades da matriz. A sinergia produz propriedades dos materiais disponíveis a partir de materiais naturais. Devido à grande variedade de matrizes e materiais de reforço disponível, o potencial do design é incrível.

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Esta grande variedade resultou em um enorme léxico que confunde tanto os alunos novos e experientes. Os nomes e os descritores surgem as respectivas experiências de diferentes perspectivas. Enquanto indústrias diferentes usam diferentes termos para descrever as mesmas coisas, o mesmo termo pode ser aplicado em contextos muito diferentes.

Os materiais mais primitivos  composto de palha e barro em forma de tijolos para construção civil. Os exemplos mais avançados realizar rotineiramente na nave espacial em ambientes exigentes. As aplicações mais visíveis pavimentar nossas estradas sob a forma de uma siderúrgica e agregado de cimento portland reforçado asfalto ou concreto. Esses compostos mais próximo a nossa higiene pessoal formam o nosso chuveiros e banheiras feitas de fibra de vidro. Superfície sólida, a imitação de granito e pias de mármore cultivado e balcões são amplamente utilizadas.

Existem os chamados compostos naturais, como osso e madeira. Ambos são construídos por processos de natureza e para além do âmbito deste texto. Materiais de engenharia composto deve ser formado para dar forma. Isso envolve colocar estrategicamente os reforços ao manipular as propriedades da matriz para realizar um evento de fusão ou perto do início do ciclo de vida útil do componente. Uma variedade de métodos são usados de acordo com os requisitos de concepção final do item. Estes métodos de fabricação são comumente chamado de moldagem ou de processos de fundição, conforme o caso, e ambos têm inúmeras variações.

Os principais fatores afetando a metodologia são as naturezas da matriz escolhida e materiais de reforço. Outro fator importante é a quantidade bruta de material a ser produzido. Grandes quantidades podem ser usadas para justificar os gastos de capital de alta tecnologia para a fabricação rápida e automatizada. Pequenas quantidades de produção são acomodados com as despesas de capital mais baixos, mas os custos mais elevados de trabalho, a uma taxa mais lenta.

Muitos compostos produzidos comercialmente usar um material de matriz polimérica muitas vezes chamado de uma solução de resina ou resina. Existem muitos polímeros diferentes disponíveis, dependendo dos ingredientes começando primas. Existem várias categorias, cada uma com inúmeras variações. As categorias mais comuns são conhecidos como poliéster, éster vinil, epóxi, fenólicos, poliamida, poliamida, e outros. Os materiais de reforço são muitas fibras, mas também minerais comumente chão. As fibras são muitas vezes transformados em um material têxtil, tais como feltro, tecido, tricô ou construção costurados.

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Materiais compósitos avançados constituem uma categoria que inclui o reforço de fibra de carbono e epóxi ou poliimida materiais de matriz. Estes são os compostos da classe aeroespacial e normalmente envolvem moldagem laminado a alta temperatura e pressão para obter frações de alto volume de reforço. Esses materiais compósitos avançados apresentam alta rigidez e / ou força às relações de peso.

Um componente é muitas vezes uma fibra forte, como fibra de vidro, quartzo, kevlar, Dyneema ou fibra de carbono que dá ao material sua resistência à tração, enquanto a outra componente (chamado de matriz) É muitas vezes como uma resina poliéster ou epóxi, que liga as fibras em conjunto, a transferência da carga para as fibras quebradas e ininterrupta entre as fibras que não são orientados ao longo de linhas de tensão. Além disso, a menos que a matriz escolhida é especialmente flexível, impede que as fibras de deformação na compressão. Alguns compostos de usar um agregado em vez de, ou além, as fibras.

Em termos de esforço, qualquer fibra de servir para resistir a tensão, a matriz serve para resistir ao cisalhamento, e todos os materiais presentes servir para resistir à compressão, incluindo qualquer agregado.

Os materiais compósitos podem ser divididos em duas categorias principais, normalmente referido como materiais reforçados com fibra curta e fibra de reforço contínuo de materiais. Contínua de materiais reforçados, muitas vezes, constituem uma estrutura em camadas ou laminadas.

FIBRA DE CARBONO

A fibra de carbono pode se referir a fio de filamento de carbono, ou de feltro ou pano tecido feito a partir dos filamentos de carbono. Por extensão, também é usada informalmente para significar qualquer material composto feito com filamento de carbono. É um material forte e muito caro.

Síntese

Cada filamento de carbono é feita fora do prazo, finas folhas de carbono similar ao grafite. Um método comum de tomada de filamentos de carbono é a oxidação e pirólise térmica de poliacrilonitrila (PAN), um polímero usado na criação de muitos materiais sintéticos. Como todos os polímeros, moléculas poliacrilonitrilo são longas cadeias, que estão alinhados no processo de desenho das fibras. Quando aquecido na forma correta, as cadeias de ligação lado a lado, formando folhas de grafeno estreitas que acabou por se fundir para formar um único rolo de filamentos em forma de geléia. O resultado é geralmente 93-95% de carbono. Baixa qualidade de fibra podem ser fabricados com breu ou rayon como o precursor, em vez de PAN. O carbono pode se tornar ainda mais reforçada, como módulo de alta ou de carbono de alta resistência, por processos de tratamento térmico. Carbono aquecido na faixa de 1500-2000 ° C (cementação) apresenta a maior resistência à tração (820.000 Psi ou 5.650 N / mm ²), enquanto a fibra de carbono aquecido 2.500-3.000 ° C (grafitização) apresenta um maior módulo de elasticidade (77.000.000 psi ou 531 kN / mm ²).

Têxtil

Estes filamentos são presos em uma discussão. Segmento de fibra de carbono é avaliado pelo número de filamentos por segmento, em milhares. Por exemplo, 3K (3.000 filamentos de fibra de carbono) é 3 vezes mais forte quanto a fibra de carbono 1K, mas também é 3 vezes mais pesado. Este segmento pode então ser usada para tecer um tecido de fibra de carbono. A aparência deste tecido geralmente depende do tamanho do fio e da trama escolhida. A fibra de carbono é naturalmente um preto brilhante, mas recentemente coloridos de fibra de carbono se tornou disponível.

Usos

A fibra de carbono é principalmente usado para reforçar materiais compósitos, principalmente, a classe de materiais conhecidos como grafite em plástico reforçado. Esta classe de materiais é usado em veículos de alta performance, equipamentos esportivos, e outras aplicações exigentes ao nível mecânico; uma discussão mais aprofundada desses usos, incluindo composto lay-up técnicas, pode ser encontrada no artigo composto de fibra de carbono.

Não-materiais poliméricos também pode ser usado como matriz para as fibras de carbono. Devido à formação de carbonetos metálicos (ou seja, a água-ALC solúvel) e considerações à corrosão, o carbono tem visto um sucesso limitado no metal matriz de aplicativos compostos. Carbono-carbono reforçado (RCC) é composto de fibra de carbono reforçado com grafite, e é usado estruturalmente em aplicações de alta temperatura, como o cone do nariz e bordos de ataque do ônibus espacial.

A fibra também encontra uso na filtração de gases de alta temperatura, como um eletrodo com elevada área superficial e resistência à corrosão impecável, e como um componente anti-estático em roupas de alta performance.

Alguns instrumentos de corda, como violinos e violoncelos, fibra de carbono reforçado usar arcos compostos. Esta é uma alternativa para os arcos mais comum de madeira.

Muitos quadros de topo de gama para bicicletas de estrada e mountain bikes são feitas de fibra de carbono reforçado compostos. Além disso, muitas bicicletas de estrada feita de alumínio tem fibra de carbono reforçado posts assento composto, guidão e garfos para o peso reduzido.

Direções futuras

Os nanotubos de carbono estão sendo investigadas como possíveis melhorias no material tradicional de fibra de carbono. Embora o campo da nanotecnologia não é avançada o suficiente para criar longas fibras suficiente inteiramente feito de nanotubos de carbono, a pesquisa mostrou que, mesmo tão pouco quanto 5% (em peso) constituintes de nanotubos de carbono dentro das fibras de carbono irá melhorar dramaticamente propriedades. Andrews et al. al. relatados [1] que a resistência à tração aumentou 90%, módulo aumentou 150%, e condutividade elétrica aumentou 340%. Isso foi em um arremesso de fibra de compósitos com 5% (em peso) de carga de purificado nanotubos de paredes (em comparação com os valores correspondentes não modificados em fibras pitch isotrópico). Mais pesquisas são ainda necessárias para resolver problemas como a dispersão de nanotubos e alinhamento, bem como a ligação interfacial, no entanto, esta abordagem representa uma grande promessa para melhorar as propriedades mecânicas e elétricas de compósitos de fibra de carbono.

Bluebird BE2 GRP carroçaria

Automotive utiliza

CFRP é amplamente utilizado em corridas de automóveis, especialmente em Formula One e as corridas de Fórmula Indy. O alto custo de fibra de carbono é atenuada pela força insuperável do material para a relação peso e baixo peso é essencial para corridas de automóveis de alta performance. Racecar fabricantes também desenvolveram métodos para dar força peças de fibra de carbono em uma certa direção, tornando-se forte em um suporte de carga direção, mas fraco em direções onde pouca ou nenhuma carga seria colocado no membro. Por outro lado, os fabricantes desenvolveram fibra de carbono omnidireccional tece que se aplicam força em todas as direções. Este tipo de montagem de fibra de carbono é o mais amplamente utilizado na célula de segurança ", montagem do chassi monocoque de carros de corrida de alto desempenho.

Em 2000, Ferraria fábrica da equipe de corrida de Fórmula Um, muito tempo na vanguarda do desenvolvimento de tecnologia de fibra de carbono para os veículos de corrida, descobriu uma brecha no livro Uma regra Formula. Ferrari desenvolveu uma asa traseira, que seria desviar para baixo em alta velocidade, mudando assim o ângulo de ataque da asa, a fim de reduzir o arrasto. Downforce também foi afetado, mas compensou com um design de partes inferiores do carro e difusor traseiro.

Supercars Vários ao longo das últimas décadas têm incorporado CFRP extensivamente na sua fabricação, usando-o para seus chassis monocoque, bem como outros componentes. Exemplos incluem o Koenigsegg CCR, McLaren F1Bugatti Veyron, Bugatti EB110, Pagani Zonda, Ferrari Enzo e Porsche Carrera GT.

Até recentemente, o material tem tido uso limitado em carros produzidos em massa por causa dos custos envolvidos em termos de materiais, equipamentos, e na piscina relativamente limitado de indivíduos com experiência em trabalhar com ele. Recentemente, vários fabricantes de veículos mainstream, como General Motors e BMW começaram a usar a tecnologia de fibra de carbono em carros de passeio diário.

Chevrolet está usando fibra de carbono em seu carro esporte capitânia, o Corvette. Uma versão de alta performance especial do Corvette, apelidado o Z06, inclui frente carroçaria de fibra de carbono para redução de peso e acrescentou rigidez.

BMW produz plástico reforçado com fibra de carbono em sua planta de Landshut. Para fazer o telhado da BMW M3 CSL, por exemplo, 5 camadas de tecido de fibra de carbono são colocadas em uma prensa de 1.800 toneladas, onde a resina epóxi é moldado de transferência de calor e curado em uma robotprocesso automatizado. O telhado resultante é metade do peso de um telhado de aço equivalente.

O uso do material foi mais prontamente aprovado por pequenos fabricantes como TVR que a usam principalmente para a criação de corpo-painéis para alguns de seus carros mais altos devido à sua maior resistência e menor peso em comparação com o copo plástico reforçado que se usam para a maioria dos seus produtos.