Fibra de Carbono

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GRUPO UNIASSELVI/ASSEVIM – ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DO VALE DO ITAJAÍ-MIRIM
ENGENHARIA MECÂNICA
FIBRA DE CARBONO
Pesquisa e análise sobre a fibra de carbono destacando aspectos mais relevantes e a aplicação do material no cotidiano e aplicações tecnológicas 
Ramon Felipe Beims
ALUNOS: Ignácio Witkowsky Neto
 William Matheus Costa
Brusque
14/05/2017
	
INTRODUÇÃO
	O desenvolvimento tecnológico no último século foi avassalador, somando todas as novas tecnologias disponíveis no mercado e inclusive as que ainda estão sendo desenvolvidas podemos dizer que demos um grande salto para a humanidade. 
	Vários aspectos contribuem para que dediquemos tempo para desenvolver novas tecnologias, geralmente partimos na grande necessidade, e as vezes descobrimos por acaso. 
	Alguns impulsores para o surgimento de tecnologias foram acontecimentos marcantes na história como por exemplo grandes guerras e disputas armamentistas. 
	Durante as décadas de 60 e 70, a corrida espacial movimentou milhares de dólares em pesquisas para aprimorar seus foguetes e durante esse período foi que surgiu a fibra de carbono, que será o material abordado dentro dessa pesquisa.
	A fibra de carbono surgiu como um material para substituir fibras já existentes de vidro e até o mesmo a aço e o alumínio aeronáutico. 
	Esse compósito demorou para ser desenvolvido e ainda havia um grande problema, a produção desse material era muito difícil e restrito as limitações tecnológicas daquela época, e justamente por isso era muito cara para se produzir.
	Hoje em dia encontramos a fibra de carbono em alguns materiais em usos mais cotidianos, como acessórios de motos, carros, artigos esportivos, entre outros. Mas isso não quer dizer que o material tem um custo acessível, pelo contrário, ainda é necessário desembolsar uma boa quantia para obter o seu artigo em fibra de carbono, mas logicamente não custa mais o absurdo como na década de 70.
JUSTIFICATIVA
	A fibra de carbono é um material muito poderoso e de grande performance. O interesse acerca desse material é muito grande, já que ele tem características mecânicas muito boas em comparação a outros materiais. O desenvolvimento de projetos com a utilização da fibra de carbono é muito cogitado graças a sua alta performance, então, abordaremos suas aplicações no meio tecnológico para sabermos em quais situações é mais vantajoso a utilizarmos.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GERAIS
Pesquisar sobre o compósito fibra de carbono;
Levantar dados sobre o material;
Definir aplicações para o material.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analisar melhores aplicações para a fibra de carbono;
Analisar características explicitas do material;
Definir vantagens e desvantagens para a sua utilização.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O ELEMENTO CARBONO
O Carbono é um elemento químico. Um dos elementos mais importantes para a formação de estruturas complexas e que formam praticamente tudo o que conhecemos. O carbono possuí 6 elétrons, dos quais 4 estão na camada mais extrema chamada camada de valência. Esta singularidade faz com que o Carbono seja tetravalente e possa realizar ligações covalentes com diversos outros elementos.
ESTRUTURA 
	O carbono forma estruturas tetraédricas. Nestas estruturas, o átomo de carbono localiza-se no centro de tetraedros regulares e seus ligantes ocupam os vértices. Existe uma teoria geral quanto a estrutura do carbono formulada por Kekulé e Couper no ano de 1858. Essa teoria pode ser descrita como a seguinte:
TETRAVALÊNCIA CONSTANTE
O átomo de carbono é sempre tetravalente, ou seja, sempre faz quatro ligações covalentes. Exemplo:
AS QUATRO VALÊNCIAS SÃO EQUIVALENTES
As quatro ligações ou valências do carbono são totalmente iguais entre si. Isso ficou provado por meio da observação de que só existe um composto para a fórmula, por exemplo, do cloreto de metila (CH3Cl). Ou seja, se as ligações carbônicas fossem de naturezas diferentes, os elementos ligados a ele poderiam trocar entre si as ligações e formarem compostos distintos, mas isso não ocorre, o que nos leva a concluir que todas as ligações do carbono são iguais. Exemplo:
	ENCADEAMENTO
O carbono é um dos elementos químicos com capacidade de formar cadeias, ligando-se entre si e com outros elementos. Além do carbono, há outros elementos que também formam cadeias, porém, não tão longas e variadas quanto as formadas pelo elemento carbono.
LIGAÇÕES ENTRE ÁTOMOS DE CARBONO
Os átomos do carbono podem se ligar por meio uma, duas ou três valências, sendo suas ligações classificadas em simples, dupla ou tripla. Exemplos:
Além de ser tetravalente, fazer ligações simples, duplas e triplas, formar cadeias; o carbono não é nem eletropositivo nem eletronegativo, podendo ligar-se ora a elementos eletropositivos, como o hidrogênio, ora a elementos eletronegativos, como o oxigênio. Todas essas características explicam por que o elemento carbono consegue formar uma quantidade tão grande de compostos.
O QUE SÃO COMPÓSITOS
Compósito se trata de qualquer material multifásico que exiba uma proporção significativa de ambas as fases que o constituem, de tal modo que é obtida uma melhor combinação de propriedades (CALLISTER, 2016). São classificados em naturais e sintéticos:
	A síntese de materiais compósitos se dá por misturar compostos de naturezas diferentes com o intuito de imprimir novas propriedades aos materiais.. Por ser um material multifásico, um compósito exibe além das propriedades inerentes de cada constituinte, propriedades intermediárias que vem da formação de uma região interfacial. 
As fases dos compósitos são chamadas de matriz e dispersa.
MATRIZ
É a fase contínua, envolve a fase dispersa e a mantém na sua posição relativa. Pode ser constituída por polímeros, metais ou cerâmicas.
DISPERSAS
É constituída pelo material de reforço, que confere grande parte das propriedades características dos compósitos. Podem ser particulados, fibras descontínuas ou fibras contínuas.
FIBRA DE CARBONO
O QUE É A FIBRA DE CARBONO
É um material filamentoso, compósito (composto feito de elementos variados) elementos esses que contém carbono. Esse material é obtido através da pirólise (decomposição térmica sem oxigenação)
A matéria-prima principal é o polímero de poliacrilonitrila, material obtido a partir da polimerização de uma variação do acrílico. A vantagem dessa fonte é a alta concentração de carbono, uma vez que mais de 90% dos átomos no material são justamente disso. Durante a produção, o polímero é esticado e se torna paralelo ao eixo das fibras, formando uma liga bem rígida e resistente. Também pode ser extraída do algodão ou cânhamo, entre outros materiais.
	COMO SÃO FABRICADAS
A fibra de carbono é produzida através de alguns processos, estes processos demandam tempo e um rigoroso controle de qualidade para garantir que a fibra seja a mais ideal possível.
Primeiramente, uma máquina com diversos fios sintéticos derivado do petróleo semelhante ao nylon (Poliacrilonitrila), tecem e oxidam esse polímero, durante o processo esse polímero é aquecido para quebrar a sua estrutura fazendo com que reste apenas carbono em sua composição. O calor faz com que os átomos de oxigênio do ar se misturem a estrutura de carbono que vão de uma cadeia linear para uma estrutura mais reforçada, então essa fibra já com 68% de carbono é um compósito muito resistente que pode ser até utilizado como freio de um avião (pylon). 
Depois, essas fibras de pylon são transportadas para fornos onde são aquecidas a 2000 °F até 4000°F, onde as últimas moléculas de nitrogênio e hidrogênio são removidas restando apenas uma fibra com aproximadamente 98% de carbono.
O passo seguinte é tecer essas fibras como um tecido comum, então ela está pronta para ser utilizada. 
Para que a fibra tenha o formato que desejamos elas são aplicadas nos moldes que queremos e é introduzido a resina de epóxi que fará a fixação e dará resistência a fibra fazendo que ela se torne rígida a tal como conhecemos.APLICAÇÕES 
	APLICAÇÕES NO MEIO AUTOMOTIVO 
	Atualmente os modelos fabricados em fibra de carbono são apenas superesportivos, protótipos e carros artesanais. Há interesse nas montadoras em começar a fabricação em massa, pois poderiam fabricar carros espetaculares para o dia-a-dia com consumo e potência muito melhores principalmente pelo peso reduzido. Porém não é só vantagens, há bastante coisas que fazem com que isso ainda não seja feito:
Em algum momento, porém, automóveis feitos de fibra de carbono serão descartados. Aço e alumínio são facilmente recicláveis, mas a fibra de carbono não. Fabricantes de automóveis estão trabalhando com empresas aeroespaciais numa forma de reciclagem. A BMW elaborou uma maneira de partir o material usando calor. Desta forma seria possível reutilizar a matéria-prima, criando compostos com metade de resistência da fibra de carbono original.
Outra vantagem da fibra de carbono é que ela não é degradável. Então, salvo pela vida-útil de dez anos das baterias, carros elétricos podem durar décadas. Isso dificultará ainda mais a persuasão dos fabricantes de carros que terão a tarefa de convencer motoristas a trocar seus velhos carros elétricos sem nenhum sinal de ferrugem por um novo modelo.
Oxidação do material em torno de 200ºC;
Carbonização do material a 1000ºC a 2000ºC em atmosfera inerte;
	Tipo
	Propriedades e Características
	I-Alto módulo
	Obtidas a partir do PAN e do piche mesofase, apresentam resistência mecânica e a tensão, usada principalmente na indústria de autos, e na pesquisa eletro analítica.
	II- Médio Módulo
	Obtidas principalmente a partir do PAN, resistência a tensão, baixa Massa específica, utilizada comumente na indústria aeroespacial, carros de corrida e na construção civil.
	III- Baixo Módulo
	Obtenção a partir do rayon e piche isotrópico apresentam resistência mais baixa principalmente à mecânica, densidade um pouco mais elevada, é utilizada como enchimento de plásticos e como aditivo de concreto, custo baixo.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A fibra de carbono é um material que revolucionou a forma de projetar estruturas. A sua utilização fez com que chegássemos a outros patamares em questões de avanços em áreas como espacial, automobilista e esportiva. 
Mesmo não sendo o material de mais alta acessibilidade para estarmos utilizando, a fibra de carbono é capaz de construir equipamentos de alta performance nos quais causam grande impacto, como por exemplo a constituição de uma aeronave na qual precisa ser mais leve para economizar mais combustível, nesse caso a fibra de carbono pode economizar milhares de reais durante toda a vida útil do avião.
Além disso, em esportes como o remo e canoagem também podemos ver claramente a utilização da fibra de carbono onde a força exercida pelo remador pode ser consideravelmente aproveitada com um remo de fibra de carbono que tem performance superior aos remos comumente usados de polímeros.
Por fim, a fibra de carbono pode ser considerada um material de alta resistência e baixa densidade, uma combinação perfeita quando o assunto é performance e qualidade, levando em consideração o seu alto custo de produção que assegure a sua qualidade.
REFERÊNCIAS
https://youtu.be/US9itgpL22M
https://youtu.be/TWUtxChfOlo
https://www.tecmundo.com.br/quimica/76017-fibra-carbono-feito-funciona-material-incrivel.htm
http://brasilescola.uol.com.br/quimica/fibra-carbono.htm
http://quimicoestudante.blogspot.com.br/2012/05/fibra-de-carbono-definicao-e-aplicacoes.html
https://pt.slideshare.net/karinatude/fibra-de-carbono-18658653
http://maua.br/files/artigos/artigo-fibra-de-carbono-prof.-guilherme.pd
http://quimicoestudante.blogspot.com.br/2012/05/fibra-de-carbono-definicao-e-aplicacoes.html
http://www.infoescola.com/quimica/fibra-de-carbono/