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 desses novos materiais exigirá a superação de obstáculos como alto consumo de energia, custos elevados de materiais, confiabilidade e reciclabilidade.

A fibra de carbono (FC) tem atraído a atenção de pesquisadores devido às 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, com várias fibras contínuas/descontínuas (como fibra de carbono, fibra de vidro, etc.) como reforço de materiais compósitos.

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 nas áreas aeroespacial, militar, máquinas de última geração, áreas médicas e outras.

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.

Sulfeto de polifenileno reforçado com fibra de carbono (PPS)tem sido amplamente utilizado nas áreas aeroespacial e militar nos países desenvolvidos da Europa, mas o nível de aplicação nacional ainda é muito grande em comparação com ele, por um lado, devido à limitação da capacidade de produção de matérias-primas como a resina PPS, por por outro lado, está sujeito à tecnologia de aplicação de materiais compósitos PPS reforçados com fibra de carbono. Isto inclui tanto a capacidade de preparar materiais compósitos como a capacidade de desenvolver produtos compósitos. Internamente, a folha de conexão doméstica de sulfeto de polifenileno reforçado com fibra de carbono (CF/PPS) foi aplicada com sucesso em drones. Esta é a primeira vez que o compósito termoplástico doméstico é usado como parte estrutural de rolamento do UAV, e é uma nova tentativa e exploração para promover a aplicação do compósito termoplástico no campo do UAV.

(Link: PPS-LCF)

Em materiais compósitos PI reforçados com fibra de carbono, a fibra de carbono é aO reforço e a estrutura principal 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 a tensão de cisalhamento, suportar a carga de tração e compressão perpendicular à fibra e proteger a fibra de danos.

Quando o material compósito é submetido a forças externas, 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 do que o da resina da matriz, quando a fibra de carbono e a resina da matriz estão na mesma deformação, a tensão da fibra de carbono será muito maior do que a da resina da matriz. Portanto, a fibra de carbono suporta a maior parte da carga de tensão aplicada ao compósito.

3. PA reforçado com fibra de carbono
Nylon (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 nas indústrias automotiva, de máquinas, petroquímica, 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 usado para melhorar seu desempenho.

Náilon reforçado com fibra de carbono, este material composto reflete totalmente as vantagens de desempenho do reforço e da matriz, a resistência e a rigidez são significativamente melhoradas do que o náilon não reforçado, e a resistência à tração da resina PA66 pura é aumentada em dez vezes. Em ambientes de alta temperatura, este material compósito apresenta menor fluência, boa estabilidade dimensional e melhor resistência ao desgaste.

(Link:PA6-LCF)

4. Material compósito de poliéter éter cetona (PEEK) reforçado com fibra de carbono
O PEEK, como polímero emergente, esteve em fase de pesquisa e desenvolvimento laboratorial na China até 2002, quando as empresas nacionais podem ser produzidas em massa. Nos últimos anos, o número de produção doméstica de PEEK aumentou constantemente e a qualidade do produto atingiu os padrões internacionais, o que fornece um forte apoio para o desenvolvimento de compósitos PEEK reforçados com fibra.

O composto PEEK reforçado com fibra de carbono é um tipo de material compósito com poliéter éter cetona de plástico de engenharia especial (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 nos campos aeroespacial, de satélite, militar e outros.

(Link:PEEK-LCF)