Visão geral dos compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono

Fibra de carbono (CF) é produzido pela carbonização de fibras orgânicas em altas temperaturas em atmosfera inerte. É um excelente material de reforço devido à sua alta resistência, alto módulo específico, propriedades térmicas superiores, estabilidade química e características de amortecimento, redução de vibração e redução de ruído .

Comparado com compósitos termofixos tradicionais , os compósitos termoplásticos oferecem ciclos de moldagem mais curtos, menor toxicidade na composição química, maior tenacidade, melhor resistência ao impacto e tolerância a danos, maior vida útil dos pré-impregnados e maior capacidade de produção em massa .

Compósitos termoplásticos reforçados com CF combinam as vantagens de desempenho da fibra de carbono e da resina termoplástica. Eles não sofrem reticulação química após a moldagem e podem ser refundidos e remodelados, facilitando a reciclagem e a reutilização e abordando os problemas de descarte no fim da vida útil dos materiais de CF termofixos. Durante o processamento, os compósitos termoplásticos de fibra de carbono passam por cristalização e transição vítrea, enquanto os compósitos termofixos de fibra de carbono passam por reações de reticulação e cura.

Do ponto de vista técnico, os compósitos de CF termoplásticos são mais desafiadores de impregnar durante a produção em comparação aos compósitos de CF termofixos, mas oferecem vantagens claras: ciclos de moldagem mais curtos, resistência superior ao impacto, soldabilidade, capacidade de moldagem secundária e maior flexibilidade de projeto .

Os componentes feitos de compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono são normalmente leve, de alta resistência, resistente e reciclável . Eles têm amplas perspectivas de aplicação em aeroespacial, militar, máquinas de ponta, equipamentos médicos e outros campos .

Os compósitos reforçados com fibra de carbono diferem dos materiais tradicionais de PRFV reforçados com fibras de vidro ou aramida. Os compósitos de PRFC (plásticos reforçados com fibra de carbono) oferecem propriedades excepcionais, incluindo:

eu peso leve : Os compósitos reforçados com fibra de vidro tradicionais usam fibra de vidro contínua com uma fração de peso de 70% (vidro/peso total), geralmente atingindo uma densidade de 0,065 lb por polegada cúbica.

Alta resistência Apesar de leves, os compósitos de CFRP apresentam resistência e rigidez por unidade de peso significativamente maiores do que os compósitos de fibra de vidro. Sua vantagem se torna ainda mais pronunciada quando comparados aos metais.

Por exemplo, a experiência mostra que os materiais CFRP pesam apenas 1/5 de aço com resistência equivalente. É claro por que os fabricantes automotivos estão explorando ativamente a fibra de carbono como um substituto do aço para melhorar o desempenho dos veículos. Quando comparado ao alumínio — um dos metais mais leves — sob premissas de resistência equivalente, o alumínio ainda pesa cerca de 1,5 vezes mais do que fibra de carbono.

As resinas comuns usadas em compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono incluem PEEK (Poliéter-éter-cetona), TPI (Poliimida Termoplástica), PPS (Polisulfeto de Fenileno) e PEKK (Poliéter-cetona-cetona) .

Abaixo está uma breve introdução de três tipos: poliimida termoplástica reforçada com fibra de carbono, polisulfeto de fenileno reforçado com fibra de carbono e poliéterétercetona reforçada com fibra de carbono .

1.

Compósitos de poliimida termoplástica (PI) reforçados com fibra de carbono

Como uma nova geração de plásticos especiais de engenharia de alto desempenho, mantêm a alta resistência, a alta temperatura, a resistência química, as boas propriedades dielétricas e a resistência à radiação das poliimidas termofixas tradicionais. Eles também oferecem excelentes vantagens em tenacidade e processamento térmico, permitindo não apenas a prensagem a quente, mas também a extrusão e a moldagem por injeção. A adição de fibra de carbono melhora significativamente as propriedades mecânicas da poliimida termoplástica; quando a fração volumétrica da fibra de carbono atinge 30% , a resistência à tração e à flexão é de cerca de 2-3 vezes o da resina pura. O reforço de fibra de carbono também confere ainda mais melhor resistência ao calor e desempenho mecânico , tornando os compósitos de poliimida termoplástica ideais para aplicações de alta qualidade, resistentes ao desgaste e à corrosão .

2.

Compósitos de sulfeto de polifenileno (PPS) reforçados com fibra de carbono
O sulfeto de polifenileno (PPS) também é uma das resinas termoplásticas mais apreciadas na indústria de compósitos. Apresenta excelentes propriedades mecânicas, resistência à corrosão e retardância de chama inerente , tornando-o um material de matriz popular para diversos compósitos de alto desempenho. As propriedades mecânicas dos compósitos de PPS reforçados com fibra de carbono são influenciadas pelo teor de fibra de carbono; dentro de um certo limite, um teor maior de fibra de carbono resulta em maior capacidade de carga. Experimentos demonstraram que, mesmo sob variações de temperatura de até 100 °C, os painéis compósitos de PPS reforçados com fibra de carbono mantêm boa estabilidade na resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS).

3.

Compósitos de polieteretercetona reforçados com fibra de carbono (PEEK)

Os compósitos de polieteretercetona (PEEK) são conhecidos por sua alta rigidez, excelente estabilidade dimensional, baixo coeficiente de expansão térmica e capacidade de suportar imensa tensão sem alongamento significativo ao longo do tempo . Além disso, o PEEK tem um baixa densidade, boa processabilidade e é adequado para componentes que exigem alta precisão . O próprio PEEK é uma das resinas termoplásticas com excelente resistência ao calor, suportando temperaturas operacionais de longo prazo de até 250°C , enquanto suas propriedades mecânicas permanecem praticamente inalteradas em ambientes de alta temperatura. Ao usar fibra de carbono como reforço, o desempenho do PEEK em termos de a resistência, a rigidez e a resistência ao desgaste são ainda mais aprimoradas , o que também prolonga significativamente a vida útil geral do produto. Estudos experimentais demonstraram que, quando o teor de fibra de carbono está entre 30% e 40%, a resistência ao desgaste do material compósito à base de PEEK é significativamente melhorada. A adição de fibra de carbono aumenta efetivamente seu valor de aplicação e alcance.

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