p As fibras de carbono são mais fortes e mais leves do que o aço, e materiais compostos à base de polímeros reforçados com fibra de carbono estão sendo usados ​​em uma gama crescente de aeroespacial, automotivo, e outras aplicações - incluindo as principais seções da aeronave Boeing 787. É amplamente aceito, além disso, que a tecnologia de fibra de carbono tem o potencial de produzir compostos pelo menos 10 vezes mais fortes do que aqueles em uso hoje. p Uma equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveu uma nova técnica que estabelece um novo marco para a resistência e módulo das fibras de carbono. Esta abordagem alternativa é baseada em uma técnica inovadora de poliacrilonitrila giratória (PAN), uma resina de polímero orgânico usada para fazer fibras de carbono.

p O trabalho faz parte de um período de quatro anos, Projeto de US $ 9,8 milhões patrocinado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) para melhorar a resistência dos materiais de fibra de carbono. A pesquisa foi relatada recentemente na revista. Carbono .

p "Usando uma técnica de gel-spinning para processar copolímero de poliacrilonitrila em fibras de carbono, desenvolvemos fibras de carbono de próxima geração que exibem uma combinação de resistência e módulo não vista anteriormente com o método convencional de fiação em solução, "disse Satish Kumar, um professor da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Georgia Tech que lidera o projeto. "Além disso, nosso trabalho mostra que a abordagem de fiação de gel fornece um caminho para melhorias ainda maiores. "

p Kumar explicou que o módulo de tração - uma medida de rigidez - se refere à força necessária para esticar um material em uma determinada quantidade. A resistência à tração expressa quanta força é necessária para realmente quebrar o material.

p Na fiação de gel, a solução é primeiro convertida em um gel; esta técnica une cadeias de polímero e produz forças inter-cadeias robustas que aumentam a resistência à tração. A rotação de gel também aumenta a orientação direcional das fibras, que também aumenta a força. Por contraste, na fiação de solução convencional, um processo desenvolvido há mais de 60 anos, A solução de copolímero PAN é convertida diretamente em fibra sólida sem o estado de gel intermediário e produz material menos robusto.

p A fibra de carbono fiada em gel produzida pela equipe de Kumar foi testada em 5,5 a 5,8 gigapascais (GPa) - uma medida da resistência à tração final - e tinha um módulo de tração na faixa de 354-375 GPa. O material foi produzido em uma linha de carbonização contínua na Georgia Tech que foi construída para este projeto DARPA.

p "Esta é a combinação mais alta de resistência e módulo para qualquer fibra contínua relatada até o momento, "Kumar disse." E no comprimento de medida curto, a resistência à tração da fibra foi medida tão alta quanto 12,1 GPa, que é o valor de resistência à tração mais alto já relatado para uma fibra de carbono à base de PAN. "

p Além disso, Kumar observou, a estrutura interna dessas fibras de carbono fiadas em gel medida em nanoescala mostrou menos imperfeições do que as fibras de carbono comerciais de última geração, como IM7. Especificamente, as fibras fiadas em gel exibem um grau mais baixo de enredamentos da cadeia de polímero do que aquelas produzidas por fiação de solução. Esse número menor de emaranhados resulta do fato de que a fiação de gel usa concentrações mais baixas de polímero do que os métodos de fiação de solução.

p Kumar e sua equipe convertem a mistura de polímero fiado em gel em fibras de carbono por meio de um processo de tratamento seletivo denominado pirólise, em que o polímero fiado é gradualmente sujeito a calor e alongamento. Esta técnica elimina grandes quantidades de hidrogênio, oxigênio, e nitrogênio do polímero, deixando principalmente carbono que aumenta a força.

p "É importante lembrar que o desempenho atual das fibras de carbono à base de PAN fiado em solução foi alcançado após muitos anos de otimização de materiais e processos - ainda que estudos de otimização de materiais e processos muito limitados tenham sido realizados até agora no PAN fiado em gel fibra, "Kumar disse." No futuro, acreditamos que a otimização de materiais e processos, circularidade de fibra aprimorada, e o aumento da homogeneidade da solução aumentará ainda mais a força e o módulo do método de fiação em gel. "