Reforços de Celulose e Reforços de Carbono

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Tipos de Reforço em Compósitos
Discente: Beatriz Lago
Profª. Mônica Leite
ECEA064
Tecnologia do Concreto e Materiais Compósitos
Universidade Estadual de Feira de Santana
Departamento de Tecnologia
Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
MATERIAIS COMPÓSITOS
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Compósito
Componente matricial
Componente de 
reforço
Fibras
Partículas
Polimérica
Cerâmica
Metálica
Micropartículas
Macropartículas
Longas
Curtas
Alinhadas
Distribuídas aleatoriamente
MATERIAIS COMPÓSITOS
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REFORÇO
Partículas
Fibras
Fibras curtas ou picadas
Fibras longas ou fios
Uísqueres (Whiskers)
Flocos
Fibras moídas
Pós
Whiskers – Monocristais muito finos, com razões comprimento / diâmetro extremamente grandes, altíssima resistência, caros.
Fibras - Policristalinos ou amorfos, diâmetro pequeno.
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MATERIAIS COMPÓSITOS
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Materiais de REFORÇO
Minerais
Basalto, Asbesto, Wolastonita, Carbonato de cálcio
Celulose
Naturais
Sisal, Juta, Coco, Bambu, Abacaxi
Poliméricos
Aramida, Náilon, Polipropileno, Polietileno, Poliéster, Poliamida, etc
Cerâmicos
Vidro
Carbeto de silício, Tyranno (Si-Ti-C-O), Alumina
Metálicos
Ferro, Alumínio, Tungstênio,
Carbono
CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CELULOSE
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A fibra é composta por um conjunto de filamentos individuais, formados por fibrilas e unidas por espécies químicas orgânicas não cristalinas (ex. lignina e hemicelulose)
A celulose costuma apresentar uma maior estabilidade aos efeitos da degradação, seja ela mecânica, química ou térmica
As fibrilas são compostas por moléculas de celulose e estão orientadas em ângulos distintos, formando as diversas camadas que compõem a macrofibra
Lignina – Resina mais rígida que mantém as fibras unidas.
Assim, de forma simplificada, a denominação “macrofibra” é dada ao conjunto de filamentos, compostos preferencialmente por moléculas de celulose e unidos por hemicelulose e lignina
Em função de sua maior cristalinidade e do seu alto grau de polimerização, a celulose costuma apresentar uma maior estabilidade aos efeitos da degradação, seja ela mecânica, química ou térmica, quando comparadas aos componentes nãocelulósicos co-formadores das fibras vegetais. 
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CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CELULOSE
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São mais resistentes às tensões mecânicas e térmicas que os compostos formados por moléculas pequenas
A durabilidade e a resistência à tração apresentada por fibras individuais de celulose serão superiores às apresentadas por suas respectivas macrofibras
As fibras invariavelmente se decompunham, especialmente devido à dissolução da lignina pela elevada alcalinadade da água do poro das matrizes cimentícias 
Fonte: COUTTS (1986)
Produtos naturais como a celulose, por possuírem moléculas grandes...
Dessa forma, a...
A Figura descreve, esquematicamente, a representação da estrutura de uma fibra (no caso proveniente da madeira), mostrando sua resistência à tração em diversas fases de processamento. A celulose com resistência à tração dez vezes maior que o filamento que a contém.
Apesar de apresentarem desempenho mecânico adequado, as fibras invariavelmente se decompunham, especialmente devido à dissolução da lignina pela elevada alcalinadade da água do poro das matrizes cimentícias, reduzindo assim o desempenho do compósito ao longo do tempo. 
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CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CELULOSE
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As fibras de celulose normalmente se apresentam na forma de polpas ou folhas, utilizadas para diversos fins
As fibras se apresentam sob o formato de folhas comerciais
Fonte: MINÉRIOS OURO BRANCO (2018)
Fonte: MICHEM (2020)
Fonte: KTH (2015)
Fibra de celulose na forma de floco de madeira
Cavacos de eucalipto, serragem (Utilizada para argamassa)
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CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CELULOSE
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A celulose pode ser produzida a partir de diversos tipos de espécies vegetais, sejam elas:
Plantas fibrosas ou madeiras (dependendo da disponibilidade encontrada na região)
Geralmente são provenientes das sobras do processo de polpação empregado para a produção de polpas químicas, utilizadas principalmente para a confecção de papel
Pinus -> 2 a 5 mm comprimento
Eucalipto -> 0,5 a 2 mm comprimento
Fonte: Omar (2016)
plantas fibrosas (ex. sisal, bambu) ou madeiras (ex. eucalipto, pinus)
No Brasil, a madeira utilizada como matéria-prima para a produção de pasta celulósica provém, principalmente, de várias espécies arbóreas de eucalipto Eucalyptus sppe pinus Pinus spp. Outras espécies utilizadas como fonte de matéria-prima, embora utilizadas em pequena escala, são o pinho, ou o pinho-do-paraná Araucara angustifoliae a gmelina Gmelina arbórea
celulose de fibra longa (pinus) ou de fibra curta (eucalipto). A primeira, originária de espécies coníferas como o pinus, plantada no Brasil, tem comprimento entre 2 e 5 milímetros. Já a segunda, com 0,5 a 2 milímetros de comprimento, deriva principalmente do eucalipto
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PROCESSO OU FORMA DE OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CELULOSE
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Processo de Polpação
As polpas são obtidas através de processos que podem aliar métodos químicos e/ou termomecânicos
Sendo o kraft o mais empregado e difundido 
Os produtos alcalinos associados à temperatura têm a função de decompor os componentes não-celulósicos
Outro método empregado para produção de polpas é o chamado CTMP, ou processo químico-térmico-mecânico de polpação 
Nesse processo, as fibras são cozidas em água fervente com cal hidratada
Passadas em equipamentos mecânicos de desfibrilação e refinamento
KRAFT - Este método, também conhecido como método químico dos sulfatos, consiste no cozimento da matéria-prima em solução alcalina a temperaturas elevadas (aproximadamente 170°C).
Como vantagem relativa ao anterior, esse processo pode ser apresentado como menos poluente devido à maior facilidade para tratamento de seus efluentes e ao seu menor custo, produzindo polpas mais baratas. 
Cavaco é o termo utilizado na indústria da madeira para designar os pequenos pedaços de madeira resultantes de uma trituração. 
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PROCESSO OU FORMA DE OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CELULOSE
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Os processos de polpação podem gerar transformações nas propriedades das fibras, encurtando ou danificando-as ocasionando um aumento na porosidade
Por outro lado, essas transformações podem contribuir com o desempenho mecânico dos compósitos
O refino pode aumentar a fibrilação e consequentemente melhorar a aderência entre a fibra e a matriz
O comprimento heterogêneo das fibras pode contribuir com o reforço
Fonte: GARCÍA HORTAL (2007)
O comprimento heterogêneo das fibras pode contribuir com o reforço, visto que as matrizes possuem faixas de poros de diversos tamanhos e as fibras funcionam como pontes entre os poros, transferindo as cargas a outros pontos das matrizes.
Fibras em polpa de celulose.
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COMPÓSITO REFORÇADOS COM FIBRAS DE CELULOSE
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O desenvolvimento na área de compósitos reforçados com fibras naturais teve um grande crescimento nos últimos anos 
Uma alternativa viável na substituição, em muitas aplicações, como de:
Polímeros reforçados com fibras de vidro e outras cargas. 
Fibras resistentes e flexíveis, envolvidas por uma matriz mais rígida chamada lignina
Por serem materiais considerados “ecologicamente corretos” compósitos reforçados... 
Um fator importante que favorece o emprego de fibras naturais, devido a aspectos ligados à recuperação das matérias-primas e ao reaproveitamento dos materiais no final do ciclo de vida do produto
Lignina – Resina mais rígida que mantém as fibras unidas.
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COMPÓSITO REFORÇADOS COM FIBRAS DE CELULOSE
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COMPÓSITOS CIMENTO-CELULOSE
Apesar da alta alcalinidade apresentada pelos seus produtos hidratados, inúmeras pesquisas têm avaliado compósitos produzidos pela sua mistura com fibras ligno-celulósicas
As soluções encontradas para aumentar a durabilidade das fibras:
Adoção de matrizes menos alcalinas, que não comprometam o desempenho da fibra como reforço ao longo do tempo
Destacando os processos de proteção das fibras
Em função do seu comprimento (<5 mm), a celulose é utilizada principalmente no reforçode pastas com ou sem adições
Com este compósito é realizada a produção de componentes esbeltos como telhas, painéis, caixas d’água e tubos
destacando os processos de proteção das fibras, tais como a sua impregnação com diversas substâncias, sua mineralização, ou a utilização de revestimentos como barreira física.
Adoção de matrizes menos alcalinas que quando hidratadas, não comprometam o desempenho da fibra como reforço ao longo do tempo;
A agressividade da matriz pode ser explicada pela presença de produtos alcalinos na água do poro das matrizes hidratadas. O principal responsável pela alta alcalinidade é a portlandita [Ca(OH)2], liberada em grande quantidade quando da hidratação do cimento Portland. Contribui, ainda, a presença de álcalis solúveis como o óxido de potássio [K2O] e o de sódio [Na2O]. Soluções como a carbonatação acelerada da matriz têm sido avaliadas como forma de redução de alcalinidade.
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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS 
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As altas absorções apresentadas pelas fibras conduzem a um aumento considerável na consistência, tornando a mistura inviável devido:
Baixa trabalhabilidade ou necessitando de acréscimos na quantidade de água
Processos empregados para produção de fibrocimentos em escala comercial, destaca-se o Hatscheck
A influência da microestrutura nas propriedades mecânicas do compósito, conclui-se que:
Ao se empregar fibras vegetais, o mecanismo de arrancamento da fibra do interior da matriz é mais importante que a ruptura da fibra no ganho de tenacidade
Compósitos reforçados com fibras de celulose tendem a se romper devido ao arrancamento das fibras do interior da matriz e não em função da sua ruptura
Fonte: AGOPYAN (1991)
Aumento da porosidade pelo processo de polpação que danificou as fibras. 
... acarretando, assim, aumento na relação a/c da mistura e consequentemente piora nas propriedades físicas e mecânicas do conjunto.
Dentre os processos empregados para produção de fibrocimentos em escala comercial, destaca-se o Hatscheck, desenvolvido pelo pesquisador de mesmo nome no ano de 1900 e empregado até hoje pelas indústrias.
O processo, é baseado no uso de misturas altamente fluidas, permitindo a perfeita dispersão das fibras no interior da matriz. Em etapa seguinte do processo, a mistura é drenada para retirada do excesso de água. 
representa uma fibra rompida; o (2) representa uma fibra arrancada; enquanto o (3) representa uma fibra íntegra, se deformando e atravessando a fissura,, absorvendo parcialmente a energia a qual o material está submetido. 
A maior aderência pode ser conseguida através da melhora do desempenho da zona de transição entre as fibras e a matriz, fazendo com que as duas fases trabalhem solidariamente. Fatores que contribuem para o melhor desempenho da zona de transição, a morfologia e rugosidade das fibras, sua absorção e porosidade. 
Características da matriz, como a presença de portlandita em grande quantidades nos seus produtos hidratados, também podem influir negativamente na aderência fibra-matriz.
No caso específico das fibras vegetais, há um descolamento da interface fibra-matriz, ocorrido pela variação dimensional gerada pela perda de água absorvida durante a moldagem. Isto favorece uma concentração de porlandita na zona de transição. 
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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS 
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PROPRIEDADES FÍSICAS
Os materiais esbeltos usados em coberturas e divisórias (principalmente externas) precisam se manter impermeáveis por motivos óbvios. As fibras apresentam:
Alta porosidade
Elevada absorção.
A massa específica reduzida, das fibras de celulose contribuem para a redução do peso específico da edificação, reduzindo assim seus custos
 As características visuais do material também são importantes
Materiais apresentando cores claras podem contribuir para um melhor conforto térmico
...apresentada pelas fibras de celulose (aproximadamente 400%), esses compósitos podem vir a apresentar problemas relativos à sua permeabilidade. 
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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS
A tenacidade indica a capacidade potencial que o compósito possui de absorver os esforços aos quais foi submetido e deformar sem fraturar 
Sua diminuição se caracteriza como indício de que a fibra pode estar sendo:
Decomposta
Fragilizada
A interface com a matriz já não mantém suas características adequadas
O módulo de elasticidade, sugere quanto o material poderá deformar sobre ação das cargas em uso
CRFC costumam apresentar baixo módulo em função da incorporação das fibras de baixo módulo
Fibras de baixo módulo – são as fibras que possuem módulo de elasticidade inferior ao do concreto endurecido.
O desligamento entre a matriz e a fibra pode causar redução no comportamento mecânico do compósito
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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS 
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PROPRIEDADES MECÂNICAS 
Fibras de baixo módulo – são as fibras que possuem módulo de elasticidade inferior ao do concreto endurecido.
CRFC costumam apresentar baixo módulo em função da incorporação das fibras de baixo módulo
O desligamento entre a matriz e a fibra pode causar redução no comportamento mecânico do compósito
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CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO
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O carbono é um elemento químico e a forma estável do carbono cristalino nas condições ambiente é a grafita
As fibras de carbono não são totalmente cristalinas, mas são compostas tanto por regiões:
Grafíticas
Quanto por regiões não cristalinas
Cada fibra de carbono é composta por varias cadeias moleculares de átomos de carbono ligados covalentemente entre si
Estrutura da grafita.
Fonte: Callister (2008).
Ela apresenta estrutura cristalina (um material cristalino, independente do tipo de ligação encontrada, caracteriza- se por apresentar um agrupamento ordenado de seus átomos, íons ou moléculas, que se repete nas três dimensões).
O carbono é um elemento que existe em várias formas polimórficas, assim como no estado amorfo.
O termo polimorfismo pode ser definido como a existência de alterações no arranjo cristalino de uma substância sem, porém, observar-se modificação na estrutura das moléculas (conformação molecular e espacial).
Os materiais amorfos não apresentam forma geométrica definida.
...Essas áreas onde não há cristalinidade estão desprovidas do arranjo ordenado tridimensional das redes hexagonais de carbono, que é característico da grafita.
... Cuja estrutura está representada na Figura. 
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CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO
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Microestrutura dos filamentos de fibra de carbono com ampliação de 2000 vezes
O produto elementar são filamentos contínuos, reunidos em feixes que somam milhares desses filamentos
Nestes feixes, os filamentos podem estar ou não:
Perfeitamente alinhados em paralelo 
Torcidos (girando em torno de um eixo como as roscas de um parafuso)
Ter sido pré-tratados quimicamente
Fonte: ZANATTA (2012).
Fonte: ZANATTA (2012).
De (a) a (d (10000x)), é possível acompanhar o crescimento de “nódulos” em torno dos filamentos, que derivam do processo de tratamento químico da superfície destes.
(se especifica como 1k, 3k, 6k, 12k, etc. um feixe de mil, três mil, seis mil, 12 mil, etc. filamentos). 
Ter sido pré-tratados quimicamente – em geral para protegê-los das adversidades do ambiente e melhorar a compatibilidade entre as fibras e as matrizes.
Um feixe de fibra de carbono reunindo milhares de filamentos. A régua ao lado dá uma dimensão do material. Estes feixes são então enrolados em bobinas e, literalmente, vendidos ao quilo! 
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CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO
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Mais comumente utilizados na forma de tecido ou fibras unidirecionais, com matrizes poliméricas termoplásticas ou termorrígidas
Fibras de diâmetro: 4 a 15 μm
Formas contínuas e alinhadas
Normalmente revestidas com uma cobertura protetora de epóxi
Fonte: ZANATTA (2012).
Fonte: SHENZHEN (2020).
Fonte: TEIJIN (2018).
Essa forma de tecido pode ser: Bidirecional, onde os feixes se cruzam em xadrez. Podem ser também feitos tecidos unidirecionais, em que todos os filamentossão alinhados paralelamente uns aos outros, enquanto a intervalos regulares um filamento transversal é disposto de forma a manter as fibras unidirecionais na devida posição. 
Cobertura protetora de epóxi: Ela também melhora a adesão à matriz polimérica. melhora significativamente as propriedades mecânicas do polímero, além de nivelar a superfície da estrutura.
As fibras de carbono são leves e resistentes em comparação a peças feitas de metais (por exemplo, alumínio) ou outros materiais compósitos reforçados com fibras.
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CARACTERÍSTICAS DO REFORÇO COM FIBRAS DE CARBONO
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É leve, flexível, resistente à fadiga e ao calor
Praticamente inerte
Isola radiações eletromagnéticas, possui baixa expansão térmica, além de alta resistência mecânica e rigidez
Comparativamente, é dez vezes mais forte e cinco vezes mais leve que o aço
Baixa deformação antes da fratura
Teor de carbono: 80% - 95%
Custo elevado
0,1 kgf -> 100 kgf
0,5 kgf -> 100 kgf
Fonte: Callister (2008).
Inércia química exceto em ambientes fortemente oxidantes.
Tais propriedades são decorrentes da orientação dos átomos de carbono ao longo do eixo da fibra.
por exemplo, se um feixe de fibra de carbono cujo peso é de 0,1 kgf pode suportar um peso de 100 kgf, então para suportar o mesmo peso um cabo de aço pesaria em torno de 0,5 kgf.
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PROCESSO OU FORMA DE OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO
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O processo de produção de fibras de carbono envolve:
O uso de uma fibra precursora
Processo de estabilização
Processo de carbonização
Grafitização
Tratamento superficial, qualquer que seja o precursor
Três materiais orgânicos precursores diferentes são utilizados: 
Rayon
Poliacrilonitrila (PAN), termoplástico
Piche
A técnica de processamento ira variar de acordo com o precursor, da mesma forma como irão variar as características da fibra resultante
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PROCESSO OU FORMA DE OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO
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RAYON (Celulose)
A primeira geração de fibras de carbono
Ponto de partida: Polpa de celulose
Uma vantagem inerente das fibras de rayon é que podem ser tecidas antes de se efetuar o processo de tratamento térmico para converte-las em fibras de carbono
Durante o tratamento térmico, ocorrem basicamente duas etapas distintas básicas:
Estabilização
Tratamento Térmico
Carbonização
Grafitização
As fibras de carbono derivadas de rayon, apresentam um baixo custo
Fonte: FIBERGLASS (2020).
Fonte: FIBERGLASS (2020).
Fonte: XIAMEN (2020).
Fonte: NORTON (2021).
O material obtido dessa forma (tecendo) tem baixas propriedades mecânicas, mas atende a requisitos para aplicações em materiais ablativos ou que atendam requisitos térmicos.
Estabilização - Primeiro ocorre a desorção (fenômeno de retirada de substancias adsorvidas ou uma substancia é liberada de uma superfície) física da água, depois ocorre a desidratação da unidade de celulose e por fim cisão (divisão) térmica de algumas ligações e quebra de outras ligações, ocorrendo a aromatização da estrutura.
Tratamento Térmico - Ocorre entre 400 e 700 ºC, corresponde à etapa de carbonização (na qual o material é convertido em uma estrutura ainda amorfa de carbono), e entre 1000 ºC e 2700 ºC, corresponde a grafitização, em que, sob estiramento, o material é convertido em fibras de alto módulo pela orientação longitudinal de planos.
Tratamento Térmico – Faz com que os átomos de carbono fiquem alinhados ao longo do eixo da fibra precursora, característica que confere extraordinária resistência mecânica ao produto final.
As etapas de tratamento térmico para conversão dos filamentos de rayon em fibras de carbono são similares ao utilizado para conversão da PAN em fibras de carbono.
As fibras de carbono derivadas de rayon, embora apresentem propriedades mecânicas inferiores às obtidas com fibras de carbono derivadas de PAN e piche, têm uso continuado, devido principalmente ao baixo custo.
FELTRO
Aromaticos - São hidrocarbonetos que apresentam 1 ou mais anéis benzênicos em sua molécula, representado pela fórmula C6H6.
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PROCESSO OU FORMA DE OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO
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POLIACRILONITRILA (PAN)
Fabricada a partir de fibras sintéticas de poliacrilonitrila
Baixo custo de produção
Boas propriedades físicas
Fonte: BRITO (2009).
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PROCESSO OU FORMA DE OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO
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POLIACRILONITRILA (PAN)
1ª Etapa (Estabilização) - São esticadas de forma que as redes fibrilares se alinhem segundo a mesma direção do esforço aplicado, no interior de cada fibra.
Aquecida entre 200 - 300 ºC
2ª Etapa (Carbonização) - As fibras são aquecidas até se transformarem em fibras de carbono (tratamento térmico)
A temperaturas entre os 1000 e 1500°C
3ª Etapa (Grafitização) - Só é usada no caso de ser necessário aumentar o módulo elasticidade das fibras, tendo em conta a perda de resistência à tração no processo
A temperaturas acima dos 1800 °C
Fonte: SHENZHEN (2020).
Fonte: AEROEXPO (2020).
Há 3 etapas sucessivas básicas que ocorrem na conversão do PAN em fibras de carbono.
As fibras são aquecidas até se transformarem em fibras de carbono, pois são eliminados o oxigénio, hidrogénio e nitrogénio que compõem a cadeia molecular do precursor (PAN). 
Este processo é realizado a temperaturas acima dos 1800°C e tem como objetivo melhorar a orientação preferencial das cristalites de grafite. 
Os cabos de fibras contínuos estão disponíveis em dois níveis de finura diferentes.
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PROCESSO OU FORMA DE OBTENÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO
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PICHE
Piche como matéria-prima
Matéria-prima muito barata quando comparado com o Rayon e a PAN
Estruturas aromáticas
Altamente condensadas
Alta estabilidade térmica
Piches são materiais grafitizáveis quando submetidos a tratamento térmico em atmosfera inerte
As fibras de piche têm pouca ou nenhuma orientação preferencial
Fibras de carbono com alta resistência à tração e módulo são obtidas a partir de piche
Uso mais intenso em estruturas e aplicações que envolvam gerenciamento termo estrutural
Piche – É um subproduto do refino do petróleo e da destilação de alcatrão de hulha (liquido escuro e viscoso que cheira a naftalina). 
 
As fibras de carbono derivadas de piche exibem um continuo aumento, tanto na resistência a tração quanto no módulo de elasticidade, e em razão da temperatura de tratamento térmico. Alcançando valores próximos a fibras de carbono produzidas de precursor PAN.
Em virtude de sua baixa resistividade elétrica e alta condutividade térmica, as fibras de carbono obtidas a partir de precursor piche têm encontrado uso cada vez mais intenso em estruturas....
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COMPÓSITO REFORÇADOS COM FIBRAS DE CARBONO
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A vantagem da inserção das fibras de carbono é decorrente da sua baixa densidade, alta resistência mecânica e elevado módulo de elasticidade, aliados à baixa densidade da matriz
Estrutura de um Compósito:
As propriedades do compósito dependem:
Das propriedades individuais tanto da fase matriz, quanto da fase dispersa
Da natureza da interfase entre a fase matriz e a fase dispersa
Da geometria da fase dispersa
COMPÓSITO
FASE MATRIZ
FASE DISPERSA
Polímero > PMC
Cerâmica > CMC
Metal > MMC
Fase matriz (Fibras continuas)
E a fase Dispersa (reforço) tem muitas possibilidades, nesse caso vai ser o reforço de fibra de carbono
A matriz é responsável por envolver completamente as fibras, proporcionando proteção mecânica e proteção contra agentes agressivos, além de garantir a transferência, integram as tensões do elemento estrutural para as fibras por atrito ou adesão.
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Matriz Polimérica - A matriz é uma resina polimérica e o material de reforço é a fibra de carbono
As fibras são revestidas com uma cobertura protetora de epóxi, a qual melhora também a adesão à matriz polimérica
As fibras contínuas de carbono são posicionadas de acordo com o padrão bidimensional ou tridimensional
Matriz de Carbono – A Matriz é de Carbono com reforço de Fibra de Carbono
Matriz Metálica - As superligas, assim como as ligas de alumínio, magnésio, titânio e cobre, são empregadas como materiais da matriz
O reforço pode serna forma de particulados, de fibras tanto contínuas quanto descontínuas e de whiskers
COMPÓSITO REFORÇADOS COM FIBRAS DE CARBONO
Matrizes mais comuns nas quais o tipo de reforço apresentado é incorporado. As fibras de carbono sozinhas não são apropriadas para uso, precisam ser combinadas com materiais matrizes.
As resinas de epoxi – são as mais utilizadas pois apresentam excelente aderencia, durabilidade, compatibilidade com o concreto, boa Resistencia a tração, bom comportamento a fluencia, boa Resistencia quimica e a solventes, forte adesão com fibras e baixa retração durante a cura.
Devido à sua resistência mecânica, resistência térmica e sua leveza, apresenta diversas utilizações: helicóptero, carros.
Possuem a mesma forma de distribuição na matriz.
Motores de foguetes; Em componentes para turbina de motores.
Alguns fabricantes passaram a introduzir alguns componentes de motores que consistem em uma matriz em liga de alumínio reforçada com fibras de carbono e óxido de alumínio
Figura: Componentes do motor.
Figura: Bielas.
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FORMA DE DISTRIBUIÇÃO NA MATRIZ
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Quando o processo de fabricação garante que as fibras fiquem alinhadas, surge a anisotropia das propriedades
Autor: SHACKELFORD (2008).
Como vimos na Fase matriz, vamos utilizar as fibras contínuas. 
Anisotropia – As propriedades dependem da direção em que é aplicada a carga em relação à direção das fibras.
Na direção longitudinal, temos a força suportada pelo compósito, a força suportada pela matriz e a força suportada pela fibra.
Por isso tem alta resistência à tração
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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS
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As fibras de carbono além da resistência e rigidez possuem:
Excelente resistência à fadiga
Características de amortecimento de vibrações
Resistência térmica e elétrica
Estabilidade dimensional
São quimicamente inertes, exceto quanto à oxidação
A Tabela mostra as propriedades para os diferentes graus de fibra de carbono
RAYON - As fibras de carbono derivadas de rayon, embora apresentem propriedades mecânicas inferiores às obtidas com fibras de carbono derivadas de PAN e piche, têm uso continuado, devido principalmente ao baixo custo.
PAN – Essa perda da resistência à tração ocorre pelo processo de Grafitização (1800 ºC) (Só é usada no caso de ser necessário aumentar o módulo elasticidade das fibras, tendo em conta a perda de resistência à tração no processo).
PICHE - As fibras de carbono derivadas de piche exibem um continuo aumento, tanto na resistência a tração quanto no módulo de elasticidade, devido a temperatura de tratamento térmico. Alcançando valores próximos a fibras de carbono produzidas de precursor PAN.
Em virtude de sua baixa resistividade elétrica e alta condutividade térmica, as fibras de carbono obtidas a partir de precursor piche têm encontrado uso cada vez mais intenso em estruturas e aplicações que envolvam gerenciamento termo estrutural.
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PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS
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O carbono é uma fibra de alto desempenho, sendo o reforço mais comumente utilizado em compósitos avançados com matriz polimérica
Tem os maiores módulo específico e resistência específica dentre todas as fibras de reforço
Mesmo sob temperatura elevada mantem seus elevados módulos e resistências à tração
Na temperatura ambiente, as fibras não são afetadas pela umidade
Compósitos com a matriz metálica tem vantagens em relação aos compósitos com matriz polimérica, é devido a temperaturas mais elevadas de operação e não ser inflamável
	Fibra	Matriz	Massa Específica (g/cm³)	Limite de Resistência à Tração Longitudinal (MPa)	Módulo de Elasticidade [Gpa (10⁴ psi)]
	Carbono	Polimérica	1,6	1240	430
	Carbono	Metalica	2,44	620	320
Fonte: Autor (2021).
As fibras de carbono têm várias vantagens, incluindo alta rigidez, alta resistência à tração, baixo peso, alta resistência química e alta temperatura. 
Na temperatura ambiente, as fibras não são afetadas pela umidade ou por uma grande variedade de solventes, ácidos e bases.
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REFERÊNCIAS
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AEROEXPO. Fibra de carbono PANOX®. Disponível em: < https://www.aeroexpo.online/pt/prod/sgl-carbon-technic-sas/product-187239-62007.html > . Acesso em: 06 de abril de 2021
AGOPYAN, Vahan. Materiais reforçados com fibras para a construção civil nos países em desenvolvimento: o uso de fibras vegetais. 1991.Universidade de São Paulo, São Paulo, 1991.
ALVES, L. S. Influência da adição de fibras de celulose (papel kraft) nas características dos blocos de concreto não estrutural. Dissertação de Mestrado em Estruturas e Construção Civil – Universidade de Brasília. Brasília, 2016
BRANDT, ANDRZEJ M. Cement based composites - Materials Mechanical Properties and Performance. 2nd ed. 2009
BRITO, C. A. R. et al. Poliacrilonitrila termoplástica plastificada em extrusora: considerações iniciais sobre as propriedades mecânicas. 10º CBPol. 2009
CALLISTER, W. D. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução. LTC: 8º ed. 2012. Cap.16
CORREIA, D. A. L. Estudo do efeito da percentagem de fibra na resistência à fadiga de compósitos de fibra curta carbono / epóxi. Dissertação de mestrado. Coimbra, 2017
COUTTS, R. S. P. “Sticks and stones…!!” Forest products newsletter, CSIRO division of chemical and wood technology, v. 2, n.1, 1986b. 
31
REFERÊNCIAS
32
FIBERGLASS. Venda quente viscose rayon fibra de carbono ativado com preço baixo. 2020. Disponível em: < https://portuguese.alibaba.com/product-detail/hot-selling-viscose-rayon-activated-carbon-fiber-with-low-price-62221476783.html?spm=a2700.galleryofferlist.normal_offer.d_image.3d644ab0VmwakS > . Acesso em: 06 de abril de 2021
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