Os polímeros são um dos materiais mais utilizados e conhecidos do século XXI. Entretanto, polímeros puros não são suficientes para uso em indústrias que exigem grande resistência e excelente resistência ao calor. Como resultado, os compósitos termoplásticos são os materiais preferidos, e a criação destes novos materiais exigirá a superação de obstáculos como alto consumo de energia, custos elevados de materiais, confiabilidade e reciclabilidade.

A fibra de carbono (CF) tem atraído a atenção do mercado por suas excelentes características como leveza, resistência a altas temperaturas, baixa densidade, alto módulo e boa resistência química. CF também é um material único com alta relação resistência-peso, baixa toxicidade, reciclável, não corrosivo e boa resistência ao desgaste. Em geral, o CF possui propriedades elétricas, físicas, mecânicas e térmicas significativas. O material compósito termoplástico refere-se ao polímero termoplástico (como polietileno (PE), poliamida (PA), sulfeto de polifenileno (PPS), polieterimida (PEI), poliéter cetona cetona (PEKK) e poliéter éter cetona (PEEK) como matriz. Materiais compósitos feitos de várias fibras contínuas/descontínuas (como fibra de carbono, fibra de vidro, fibra de aramidon, etc.) como materiais de reforço.

Os compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono (CFRTP) possuem excelentes propriedades térmicas, mecânicas e elétricas, tornando-os amplamente utilizados em aplicações de construção civil, marítima, automotiva, artigos esportivos e aeronaves.

A fibra de carbono é um material promissor para reforçar a matriz polimérica. Existem vários tipos de materiais CF dependendo de seus precursores/matérias-primas, propriedades e temperaturas de processamento na fase de tratamento térmico. CF também pode ser classificado de acordo com fibras descontínuas e contínuas (a orientação das fibras dentro da matriz) ou seu comprimento. Como resultado, muitos fabricantes produzem diferentes tipos de CF. Por exemplo, compósitos baseados em fibras descontínuas são usados ​​em aplicações de alto volume onde as propriedades são quase isotrópicas. Os compósitos contínuos à base de fibras, por outro lado, são amplamente utilizados em aplicações de baixo volume onde são necessárias propriedades mecânicas mais elevadas em uma ou ambas as direções, como vigas de suporte, placas de impacto e contenção.

Os compósitos de fibra de carbono à base de resina termoplástica apresentam cristalização e transição vítrea durante o processamento, enquanto os compósitos de fibra de carbono à base de resina termofixa apresentam reações de reticulação e cura. Do ponto de vista da dificuldade do processo, o compósito termoplástico de fibra de carbono é mais difícil de infiltrar do que o compósito termofixo de fibra de carbono no processo de preparação, mas, ao mesmo tempo, as vantagens também são óbvias: tem um ciclo de moldagem curto, bom impacto resistência, soldável, pode realizar moldagem secundária e alta liberdade de projeto estrutural.

Várias peças feitas de materiais compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono têm as vantagens de baixa densidade, alta resistência, tenacidade relativamente alta, reciclagem e reutilização, e têm uma ampla gama de perspectivas de aplicação na indústria aeroespacial, militar, máquinas de ponta, medicina e outros campos .

Cinco principais compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono

1. PPS reforçado com fibra de carbono
PPS é uma resina termoplástica semicristalina com excelentes propriedades mecânicas, resistência à erosão química, retardador de chama e assim por diante. O método de reforço da fibra de carbono também tem um efeito muito óbvio no desempenho do PPS. Na faixa abaixo de 50%, quanto maior a proporção de volume de fibra de carbono no material compósito termoplástico, maiores serão as propriedades mecânicas do material compósito.

2. PI reforçado com fibra de carbono
Em materiais compósitos PI reforçados com fibra de carbono, a fibra de carbono é o reforço e a principal estrutura de suporte de carga, enquanto a matriz de resina desempenha principalmente o papel de conectar a fibra e transferir a carga, que pode transferir e suportar cisalhamento tensão, suportar a carga de tração e compressão perpendicular à fibra e proteger a fibra contra danos.

Quando o material compósito é submetido a uma força externa, a fibra de carbono e a resina da matriz como um todo, de modo que a deformação da fibra de carbono e da resina da matriz seja igual, mas porque o módulo de elasticidade da fibra de carbono é muito maior que o do resina de matriz, quando a fibra de carbono e a resina de matriz estão na mesma tensão, a tensão da fibra de carbono será muito maior do que a da resina de matriz. Portanto, a fibra de carbono suporta a maior parte da carga de tensão aplicada ao compósito.

No entanto, a superfície da fibra de carbono é lisa e inerte, a área superficial específica é pequena, a borda dos átomos de carbono ativos, a energia superficial é baixa e a infiltração da matriz PI e a adesão da interface bifásica são fracas, fáceis de formar lacunas e defeitos na interface, a resistência ao cisalhamento intercamadas é baixa, resultando em baixa resistência de ligação da interface.

Portanto, as propriedades do compósito PI reforçado com fibra de carbono não dependem apenas das respectivas propriedades da fibra de carbono e do PI, mas também estão intimamente relacionadas às propriedades de ligação da interface entre eles.

3. PA
Nylon reforçado com fibra de carbono (PA) como um plástico de engenharia termoplástico comum, tem mais de meio século de desenvolvimento, é o mais amplamente utilizado em plásticos de engenharia, seus produtos têm desempenhado um papel importante nos setores automotivo, de máquinas, petroquímico, têxtil, transporte, construção, eletrônica, metalurgia e outros campos industriais.

O próprio nylon (PA) tem excelente desempenho, mas também apresenta algumas deficiências, como grande absorção de umidade, baixa estabilidade dimensional dos produtos, resistência e dureza como metal, etc., até certo ponto, afetando seu valor de aplicação. Para superar esses defeitos, o reforço contínuo de fibra de carbono pode ser utilizado para melhorar seu desempenho. O náilon reforçado com fibra de carbono, um material compósito, incorpora totalmente as vantagens de desempenho do reforço e da matriz, e a resistência e a rigidez são significativamente maiores do que as do náilon não reforçado. O PA66-NA-LCF40 da Xiamen LFT aumentou a resistência à tração da resina PA66 pura em dez vezes. Em ambientes de alta temperatura, este material compósito apresenta menor fluência, boa estabilidade dimensional e melhor resistência ao desgaste.

4. material compósito de poliéter éter cetona (PEEK) reforçado com fibra de carbono
O composto PEEK reforçado com fibra de carbono é um tipo de material compósito com plástico de engenharia especial de poliéter éter cetona (PEEK) como matriz de resina de fase contínua e fibra de carbono (CF) como reforço de fase dispersa. Atualmente, os compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono contínua são usados ​​​​principalmente nas áreas aeroespacial, de satélite, militar e outras.

5. Material compósito CF/PEI
PEI é um tipo de polímero amorfo de alto desempenho com excelentes propriedades mecânicas, isolamento elétrico, resistência à radiação, resistência a altas e baixas temperaturas e resistência ao desgaste. Compósitos CF/PEI com diferentes orientações CF possuem diferentes propriedades de atrito, módulo de tração, tenacidade e deformação. Através do processo de modificação, a interface entre a matriz CF e PEI pode ser melhorada, de modo que o número de fibras arrancadas quando o material é quebrado seja bastante reduzido, e a resistência à tração, resistência ao escoamento, módulo de elasticidade e coeficiente elástico de CF/PEI composto são melhorados.