Materiais de construcao mecanica

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  • Publicado : 24 de março de 2011
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1.INTRODUÇÃO
Os materiais carbonosos apresentam excelentes propriedades termo-mecânicas aliadas à baixa massa específica, fazendo com que os mesmos possam ser utilizados em componentes estruturais submetidos à altas temperaturas (T 1000 ºC). A obtenção destes materiais, como as fibras de carbono e compósitos de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CRFC), passa obrigatoriamente por umprocesso chamado pirólise controlada, onde precursores orgânicos como resinas, piches e fibras poliméricas são convertidos, acima de 800 ºC, em um material carbonoso sólido. Esse desenvolvimento das matérias primas iniciado na década de 1950 até o final da década de 1960, possibilitou à produção de fibras carbônicas de alta resistência à tração e tensão mecânicas, que para serem produzidas com boaqualidade, necessita de um processo de tratamento térmico e condições controladas.
As fibras de carbono são adequadas para a fabricação dos mais diversos materiais tais como: papéis, tecidos, telas, micro-telas para a filtragem de líquidos e gases de grande propriedade corrosiva. Contudo, estas sozinhas não são apropriadas para uso mecânico, porém, ao serem combinadas com materiais matrizes, estasresultam num material com propriedades mecânicas excelentes, sendo que para se produzir componentes à base destas normalmente são utilizados processos de modelagem ou moldagem, resultando em peças que têm servido em equipamentos de diversas tecnologias, desde a produção aeroespacial até a fabricação de calçados.
O processo de obtenção da fibra de carbono, bem como suas combinações para formar novosmateriais e suas diversas aplicações serão detalhadas neste trabalho.

2.APLICAÇÕES DA FIBRA DE CARBONO NA INDÚSTRIA DA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
As fibras de carbono são obtidas a partir de fibras precursoras orgânicas ricas em carbono tais como a fibra de poliacrilonitrila (PAN), os poliimidos, poliamidos, álcool polivinílico, que são fibras poliméricas ou com base no alcatrão derivado do petróleoou carvão e etc., através de um processo termoquímico denominado pirólise, sendo necessárias condições controladas de tensão, atmosfera, tempo e principalmente temperatura.
2.1Processo de fabricação da Fibra de Carbono
O processo se inicia com um pré-tratamento onde a matéria prima recebe tensões mecânicas que provocam o seu alongamento utilizando vapor. Em seguida ocorre a conversão de umprecursor polimérico. Seguindo-se ao aquecimento constante e controlado até em torno de 250 C. Posteriormente é necessária a sua estabilização físico-química o que ocorre através do surgimento de ligações transversais entre as cadeias moleculares.
Após o pré-tratamento vem o processo de carbonização em atmosfera inerte em alta temperatura, o gás mais utilizado neste ponto do processo é o "Argônio" e atemperatura utilizada é em torno de 1.000 C. No momento em que ocorre a pirólise (reação de análise ou decomposição que ocorre pela ação de altas temperaturas) começam a surgir subprodutos devido à decomposição gasosa. A contração do material passa a ocorrer aumentando assim sua rigidez mecânica. Em alguns tipos de fibras de carbono são liberados Nitrogênio, Dióxido de Carbono, Vapor d'água,Cianureto de Hidrogênio, e Amônia.
Após o processo de pirólise vem o processo de "grafitização". Este consiste num tratamento térmico que oscila entre 2.000 C e 3.000 C e proporciona uma "cristalização" ordenando os cristais de carbono no interior da fibra, característica que confere grande resistência mecânica ao produto final. Suas propriedades físicas e mecânicas variam conforme a matéria primautilizada e as condições de produção. As fibras de carbono têm suas características dependentes de sua microestrutura.
Quando se usa a grafita cristalina de estrutura hexagonal de cadeia fechada com a forma de lâminas de 3,35 Ângstrons, esta possui propriedades físicas diferentes nos sentidos longitudinal e transversal do cristal. Temos uma fibra de carbono com alta resistência mecânica.
Sabe-se...
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