Tecido multiaxial de fibra de carbono

O tecido multiaxial de fibra de carbono é um tecido compósito no qual as fibras de carbono são colocadas em diferentes direcções (geralmente em vários ângulos), normalmente produzido por laminação ou tecelagem de várias camadas. A caraterística deste tecido é que as fibras estão dispostas em várias direcções, melhorando assim as propriedades mecânicas multidireccionais do material compósito. É amplamente utilizado em domínios de elevado desempenho, como a indústria aeroespacial, automóveis, energia eólica e navios, e é particularmente adequado para aplicações que necessitam de suportar forças multidireccionais.

Conceitos básicos

Tecido multiaxial significa que, em cada camada do tecido, o ângulo de disposição das fibras de carbono não é único, mas sim disposto em ângulos diferentes, normalmente em direcções como 0°, 90° e 45°. As fibras de carbono de cada camada são entrelaçadas ou colocadas paralelamente às fibras de outras camadas, de modo a que o material compósito tenha propriedades mecânicas melhoradas em várias direcções.

Tipos comuns: Os tecidos multiaxiais comuns incluem:

0°/90° (trama simples): As direcções principais das fibras de carbono são horizontal e vertical, adequadas para aplicações que suportam tensão em duas direcções perpendiculares.

±45°: Esta disposição pode aumentar a resistência ao corte do material compósito sob cargas oblíquas.

±45°/0°/90°: Normalmente, um tecido multicamada, que abrange propriedades mecânicas em várias direcções, adequado para ocasiões em que é necessário um reforço multidirecional em materiais compósitos.

Caraterísticas

Resistência multidirecional: O tecido de fibra de carbono unidirecional tradicional fornece principalmente resistência numa direção, enquanto o tecido multiaxial pode fornecer propriedades mecânicas fortes em várias direcções. Desta forma, o material compósito pode resistir melhor a cargas em várias direcções.

Resistência ao cisalhamento melhorada: O tecido multiaxial é particularmente adequado para aplicações que requerem resistência ao cisalhamento. Devido ao ângulo de disposição da fibra de carbono, incluindo ±45°, pode resistir eficazmente à tensão de cisalhamento, aumentando assim a resistência ao impacto e a resistência à tração do material.

Melhor ductilidade: Como o tecido multiaxial utiliza a disposição das fibras em diferentes direcções, tem melhor ductilidade e resistência do que o tecido unidirecional tradicional, reduzindo o risco de fratura frágil.

Excelente conformabilidade: O tecido multiaxial tem normalmente uma melhor formabilidade, especialmente no fabrico de superfícies curvas complexas ou estruturas com formas específicas, a fibra de carbono pode adaptar-se melhor à forma do molde e reduzir a dificuldade de conformação.

Leveza e elevada resistência: As caraterísticas de leveza e de elevada resistência da própria fibra de carbono permitem que os materiais compósitos de tecido multiaxial mantenham as caraterísticas de leveza, ao mesmo tempo que atingem propriedades mecânicas multidireccionais.

Domínios de aplicação

Devido às suas propriedades mecânicas multidireccionais, o tecido multiaxial de fibra de carbono é amplamente utilizado em áreas que necessitam de suportar cargas complexas, especialmente na indústria aeroespacial, automóvel, energia eólica e outras indústrias:

Indústria aeroespacial: O tecido multiaxial de fibra de carbono é amplamente utilizado em asas de aeronaves, fuselagens, asas de cauda e outras peças. Devido à sua excelente resistência e rigidez multidirecional, pode melhorar eficazmente a resistência e a durabilidade da aeronave, reduzindo simultaneamente o peso.

Automóvel: Especialmente na conceção leve de carros de corrida, supercarros e veículos eléctricos, o tecido multiaxial de fibra de carbono proporciona uma excelente resistência e rigidez, ajudando a reduzir o peso da carroçaria e a melhorar a segurança em caso de colisão.

Geração de energia eólica: As pás das turbinas eólicas utilizam frequentemente tecido multiaxial de fibra de carbono porque têm de suportar cargas multidireccionais da força do vento. A utilização de tecido multiaxial pode aumentar a força, a durabilidade e a resistência ao vento das lâminas.

Engenharia naval e marítima: A tela de fibra de carbono multiaxial é utilizada para fabricar componentes como cascos e plataformas offshore, uma vez que estes têm de suportar cargas hidrodinâmicas complexas e forças de impacto.

Equipamento desportivo: como tacos de golfe, suportes para bicicletas, esquis, etc., a aplicação de tecido multiaxial de fibra de carbono pode proporcionar um equilíbrio entre leveza e resistência.

Construção e engenharia civil: utilizado para o reforço estrutural e o fabrico de materiais de construção de elevada resistência, especialmente em edifícios e infra-estruturas que têm de resistir a cargas multidireccionais.

Processo de fabrico

Tecelagem ou assentamento: A produção de tecido multiaxial adopta normalmente a tecnologia de colocação manual, mecânica ou de equipamento automatizado. A fibra de carbono é colocada no tecido de acordo com diferentes ângulos e direcções.

Assentamento manual: adequado para pequenos lotes e produção de alta precisão, como peças aeroespaciais.

Colocação mecânica: adequado para a produção em grande escala, o equipamento mecânico pode ser utilizado para colocar as fibras com precisão.

Impregnação com resina: Após a colocação, o tecido multiaxial precisa de ser impregnado com resina (como a resina epóxi) para melhorar o desempenho geral do material compósito. A escolha da resina depende das necessidades do campo de aplicação.

Moldagem por cura: A resina é curada por aquecimento e pressurização para obter um material compósito com elevada resistência e peso reduzido. Os métodos de cura mais comuns incluem a prensagem a quente e a cura a vácuo.

Vantagens e desafios

Vantagens:

Desempenho multidirecional: Pode proporcionar excelentes propriedades mecânicas em várias direcções e é adequado para aplicações com cargas complexas.

Elevada resistência e peso reduzido: As propriedades superiores da própria fibra de carbono permitem que o tecido multiaxial proporcione uma resistência muito elevada, reduzindo simultaneamente o peso.

Aplicável a formas complexas: O tecido multiaxial tem boa formabilidade e pode adaptar-se às necessidades de fabrico de formas complexas, especialmente nos sectores aeroespacial e automóvel.

Resistência ao impacto melhorada: Devido à disposição multidirecional da fibra de carbono, esta pode absorver e dispersar melhor as forças de impacto, melhorando assim a resistência ao impacto do material.

Desafios:

Custo elevado: Os materiais de fibra de carbono são relativamente caros, pelo que o custo do tecido multiaxial é normalmente elevado, o que pode limitar a sua aplicação em alguns produtos de baixo custo.

Processo de produção complexo: A produção de tecido multiaxial envolve a colocação de fibras em várias direcções, o que requer um processo de produção mais sofisticado e complexo e elevados requisitos de equipamento.

Elevados requisitos de penetração da resina: Devido à estrutura composta de várias camadas, os requisitos de penetração da resina são elevados e qualquer penetração irregular pode afetar a qualidade do produto final.

Desenvolvimento futuro

Com o avanço contínuo da tecnologia de fibra de carbono e a redução gradual dos custos de produção, espera-se que o tecido multiaxial de fibra de carbono seja utilizado em mais campos, especialmente para cenários de aplicação com requisitos mais rigorosos de alto desempenho e leveza. Ao mesmo tempo, a tecnologia de reciclagem de materiais compósitos também está em constante desenvolvimento, o que pode promover ainda mais a popularização do tecido multiaxial de fibra de carbono no futuro.

Resumo

O tecido multiaxial de fibra de carbono é um material composto que pode proporcionar uma elevada resistência e rigidez em várias direcções e é adequado para aplicações que suportam cargas multidireccionais complexas. O seu excelente desempenho faz com que tenha uma vasta gama de perspectivas de aplicação em domínios de elevado desempenho, como a indústria aeroespacial, automóveis, produção de energia eólica e navios. Com o avanço da tecnologia, espera-se que a sua aplicação se torne mais popular, especialmente hoje em dia, quando a procura de elevado desempenho e design leve está constantemente a aumentar.

Especificações do produto