FIBRA DE CARBON

GANEA DANIELA

DAMIAN DORA

10H

CUPRINS

1.Prezentare: Scurt istoric2.Obținere

3.Proprietății; Clasificare4.Utilizări5.Știați că

6.Bibliografie

1.Prezentare: Scurt istoric În natură, carbonul se găseşte sub diferite forme, în compuşi organici şi anorganici. Necesitatea prelucrării acestuia în materiale compozite a apărut în industria aerospaţială, din nevoia de a obţine materiale cu o rezistenţă mecanică ridicată, o greutate cât mai redusă şi cu un cost cât mai mic de prelucrare. Fibra de carbon a fost descoperită în anul 1879 de Edison, însă producţia industrială a acesteia a început doar în anul 1960, după un procedeu pus la punct de William Watt, pentru Royal Aircraft UK. Fibra de carbon apărută în 1960, este produsă prin modificarea unor substanţe organice cu un procent ridicat de Carbon în compoziţie (rayon, policarbonitril, etc.), sau a unor reziduuri de distilare rezultate din prelucrarea petrolului. Primele sunt numite fibre de carbon PAN, iar ultimele - fibre de carbon PITCH. Diferenţa esenţială dintre cele două constă în rezistenţa la tracţiune, greutatea specifică şi rezistivitatea electrică.În ceea ce priveşte fibrele de carbon PITCH, acestea sunt utilizate cu bune rezultate în alte aplicaţii, cum ar fi obţinerea ţesăturilor din carbon, aşa numitul “film de carbon” (pelicula), în concordanţă cu structura chimică a acestora.

ThomasEdison

Fibra de carbon PITCH

2.Obținere

• Pentru obținerea fibrei de carbon, se folosesc o varietate mare de materiale, numite precursoare. Acestea sunt filate în filamente subțiri care sunt apoi convertite în fibră de carbon în 4 etape:

• stabilizarea (oxidarea)

• carbonizare

• grafitizare

• tratamentul suprafeței

• Fibrele continue sunt apoi bobinate și comercializate pentru țesere sau pentru alte procedee de obținere a structurilor din fibră de carbon (filament winding, pultrusion). Astăzi, materialul precursor predominant în fabricarea fibrelor de carbon este poliacrilonitrilul (PAN). Fibra de carbon astfel obținută are un diametru de 5 - 10 μm.

3.Proprietați; Clasificare

• Caracteristicile Carbonului capata semnificatie când analizăm comportamentul diferitelor materiale la parcurgerea lor de un curent electric. Rezistivitatea ridicată are consecinţă un efect termic (Joule) ridicat (cantitatea de căldură generată la trecerea curentului printr-un anumit material este invers propoţională cu rezistivitatea electrică a materialului respectiv). De asemenea greutatea specifică de valori reduse a fibrelor de carbon are ca efect, în cazul alimentării cu energie electrică, cedarea căldurii astfel generate aproape instantaneu corpurilor substantelor cu care acestea vin în contact. Aceste două avantaje mari sunt cele care determină eficienţa ridicată a fibrei de carbon ca element încălzitor în comparaţie cu celelalte sisteme electrice de încălzire, care folosesc rezistenţe tradiţionale din metale sau aliaje ale acestora.

• În funcție de proprietățile mecanice ale fibrelor de carbon, acestea pot fi clasificate în:

• Fibre de Carbon High Modulus (HM sau Tipul I) – fibre cu modul de elasticitate mare

• Fibre de Carbon High Strength (HS sau Tipul II) – fibre cu rezistență la tracțiune ridicată

• Fibre de Carbon Intermediate Modulus (IM sau tipul III)

4.Utilizări

Astăzi, fibra de carbon este fibra cu cea mai mare răspândire în industria

aerospațială. În ultimele două decenii, proprietățile fibrelor de carbon au

crescut spectaculos ca rezultat al cererii de materiale cât mai rezistente și cât mai ușoare. Ca și raport rezistență/greutate, fibra de carbon reprezintă cel mai bun

material ce poate fi produs la scară industrială în acest moment.

Capacitatea mondială de producție înregistrează o continuă creștere de la

apariția materialului până în prezent, un salt spectaculos fiind înregistrat odată cu

demarearea proiectului Boeing 787 Dreamliner.

5.Știați că..?

• . Rolls-Royce a fost foarte aproape de a fi singura companie care produce fibra de carbon la nivel mondial. Patentul a fost vandut catre trei companii, iar Rolls-Royce a incercat sa obtina monopolul de fabricare al acestui produs. Din nefericire pentru britanici, planurile Rolls-Royce de a construi pale de elice pentru motoarele avioanelor s-a dovedit a fi lipsit de succes. Palele fabricate din prima generatie de fibra de carbon erau extrem de vulnerabile la loviturile cu pasarile zburatoare.

• Astazi, trei companii japoneze aduna nu mai putin de 70% din productia totala de fibra de carbon la nivel global: Toray Industries Inc., Teijin Ltd. si Mitsubishi Rayon Co. In total, doar 11 companii produc fibra de carbon in intreaga lume.

• Doar 1% din productia totala de fibra de carbon este utilizata in industria auto.

• Cel mai mare procent ii apartine industriei aerospatiale. Totusi, ponderea domeniului aerospatial in industria fibrei de carbon a scazut cu 10% in patru ani, in timp ce piata fibrei de carbon a crescut cu 25% in timpul acestei perioade.

• In momentul in care fibra de carbon ar ajunge la un pret care ii va facilita intrarea in modele de serie, masa acestora ar scadea cu cel putin 50%.

• Fibra de carbon are o durata de viata comparabila cu cea a aliajelor din aluminiu si nu are o limita de anduranta in materie de reciclare. Mai exact, fibra de carbon poate fi reciclata de

nenumarate ori.• Fibra de carbon poate fi reciclata prin tocare, dar acest proces scurteaza fibrele din interiorul

materialului si totodata micsoreaza durata de viata si rezistenta pieselor. Reciclarea fibrei de carbon prin tocare este comparabila cu reciclarea hartiei prin aceeasi metoda. Desi este mai

slaba decat a plecat prima data din fabrica, fibra de carbon reciclata prin tocare poate fi folosita pentru elemente de consum cum ar fi laptop-urile si ochelarii, deoarece acestea nu necesita o

rezistenta materiala extrema.• In anul 2009 se va produce de trei ori mai multa fibra de carbon decat in anul 2004. Specialistii

in industrie estimeaza ca se vor fi produse 68 de milioane de kilograme de fibra de carbon in decursul acestui an.

• Desi este similara cu azbestul in unele privinte, fibra de carbon in starea prezenta in comert nu este daunatoare pentru sanatatea omului. Nici macar pudra de fibra de carbon inhalata in

cantitati mici nu provoaca afectiuni. In schimb, expunerea indelungata la filamente de carbon fara protectia corespunzatoare poate provoca anumite afectiuni pulmonare. Efectele negative

ale fabricarii manuale de fibra de carbon sunt similare cu cele ale fabricarii fibrei de sticla, deoarece sunt folosite rasini epoxidice, acestea daunand sanatatii.

6.Bibliografie

• Alan Backer, Stuard Dutton, Donald Kelly – Composite Materials for Aircraft Structures, AIAA Education Series, 2004, Technology and Engineering, 599p, Second edition;

• LUPESCU, Mihai Bogdan – Fibre de Armare pentru Materialele Compozite,București, Ed."Tehnica" 2004, 255p, ISBN: 973-31-2212-2

• http://5group.ro/catalog/Brosura%201.pdf

• http://ro.wikipedia.org/wiki/Fibr%C4%83_de_carbon