Qual é o tecido de fibra de carbono? Como isso afeta as folhas de fibra de carbono?

O desempenho das folhas de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) (CFRP) depende em grande parte da trama da fibra de carbono. Diferentes estruturas de trama afetam as propriedades mecânicas, anisotropia, processabilidade e aparência da folha. A seguir são explicadas as tramas comuns, seu impacto no material da folha e os tipos mais comumente usados:

I. Métodos comuns de tecelagem de fibra de carbono

A tecelagem de fibra de carbono envolve essencialmente entrelaçar feixes de fibra de carbono (fios) em um tecido com um padrão específico. Os métodos comuns de tecelagem bidimensional incluem:

1. Trama Unidirecional (UD)

Características estruturais: Todas as fibras de carbono são dispostas paralelamente entre si na mesma direção (por exemplo, 0°), sem qualquer cruzamento. Eles são fixados apenas nas direções longitudinal (direção das fibras) e transversal (perpendicular) por uma pequena quantidade de resina ou fibras picadas.

Variações: Em aplicações práticas, isso geralmente ocorre na forma de "pré-impregnado unidirecional" (fibras impregnadas com resina e colocadas unidirecionalmente). Isto pode ser laminado com tecidos unidirecionais em outras orientações (por exemplo, 0°, 90° ou ±45°) para formar estruturas compostas multidirecionais.

2. Tecido Simples

Características Estruturais: É o tecido bidimensional mais tradicional, com fibras entrelaçadas em padrão “um para cima, um para baixo”. Os pontos de entrelaçamento são densos (cada fibra é ortogonal às suas vizinhas). A densidade típica é o número de fios de urdidura e trama por centímetro (por exemplo, 80-200/cm). Parâmetros típicos: Os fios da urdidura (longitudinal) e da trama (transversal) alternam-se para cima e para baixo, criando uma superfície xadrez.

3. Sarja

Características estruturais: As fibras se entrelaçam diagonalmente, em um padrão como “2 para cima, 1 para baixo” ou “3 para cima, 1 para baixo”. Os pontos entrelaçados são amplamente espaçados, resultando em um padrão diagonal distinto (por exemplo, 45° ou 30°).

Vantagens: Mais macio que o tecido simples, com resistência reduzida ao deslizamento da fibra, tornando-o adequado para formar superfícies curvas complexas.

4. Tecido de cetim

Características estruturais: As fibras se entrelaçam em um padrão mais complexo (por exemplo, cetim de 5 tramas e cetim de 8 tramas). Cada fibra se cruza apenas com algumas outras fibras (por exemplo, no cetim de 5 tramas, o fio da urdidura cruza apenas uma vez a cada cinco fios da trama), resultando em poucos pontos de entrelaçamento.

Características: Superfície lisa, alta continuidade da fibra, mas estabilidade estrutural ligeiramente inferior.

5. Tecelagem 3D (menos comumente usada para telas planas)

Características estruturais: Múltiplas camadas de fibras são entrelaçadas em toda a espessura do tecido, formando uma rede tridimensional (por exemplo, estruturas ortogonais e angulares).

Limitações de Aplicação: Processo complexo e alto custo. Usado principalmente para componentes estruturais de alto desempenho (por exemplo, componentes de suporte de carga de aviação), e não para folhas de plástico comuns.

II. O impacto do método de tecelagem em folhas plásticas de fibra de carbono

O método de tecelagem determina diretamente as propriedades mecânicas, processabilidade e funcionalidade da folha de fibra de carbono. Os impactos específicos são os seguintes:

1. Propriedades Mecânicas

Tecido unidirecional: A resistência e o módulo na direção da fibra (longitudinal) são extremamente altos, mas o desempenho na direção transversal (perpendicular à direção da fibra) é fraco (dependendo da ligação da resina). A laminação multidirecional (como 0°/90°) é necessária para equilibrar a anisotropia.

Tafetá simples: O cruzamento ortogonal limita o comprimento da fibra (devido às limitações do processo de tecelagem), resultando em uma menor fração de volume de fibra (aproximadamente 40-50%). A resistência geral é menor que a do tecido unidirecional, mas o desempenho transversal é melhor e a anisotropia é menor.

Sarja: As fibras deslizam mais livremente, facilitando o encaixe no molde durante a moldagem. No entanto, os pontos de entrelaçamento causam concentrações de tensão localizadas, resultando em resistência ligeiramente inferior à do tecido simples. A trama diagonal distribui parte da carga, resultando em uma resistência geral ligeiramente melhor.

Satin Weave: A continuidade da fibra é excelente (menos pontos de entrelaçamento) e a resistência longitudinal é semelhante à unidirecional. Embora a direção transversal seja ainda mais fraca devido à falta de reticulação densa, a superfície é mais lisa, tornando-a adequada para aplicações que exigem alta estética.

2. Processamento e Formabilidade

Unidirecional: Camadas flexíveis (podem ser empilhadas em qualquer ângulo), adequadas para projetos personalizados de estruturas de suporte de carga complexas, mas requerem controle preciso dos ângulos intercamadas para evitar delaminação.

Simples/Sarja: Excelente rigidez geral e resistência à deformação durante a moldagem, tornando-o adequado para produção em massa de formatos regulares (como painéis planos e conchas). No entanto, superfícies curvas complexas requerem pré-formação.

Cetim: Altamente flexível, adequado para envolver superfícies curvas complexas, mas com fraca ligação entre camadas, exigindo impregnação adicional de resina ou tratamento de superfície.

3. Aparência e Funcionalidade

Tafetá Simples: A textura da superfície é pronunciada (xadrez), conferindo-lhe um forte aspecto industrial.

Sarja: Textura diagonal mais suave é comum em produtos de consumo (como caixas de eletrônicos).

Cetim: A suavidade espelhada o torna adequado para peças decorativas de alta qualidade (como interiores automotivos e joias).

CFRP Carbonfiber Reinforced Polymer Board

A folha de plástico reforçado com fibra de carbono AHD (CFRP), também chamada de folha de polímero reforçada com fibra de carbono

III. Métodos de tecelagem mais comuns

A trama unidirecional (especialmente pré-impregnado unidirecional) é a escolha mais popular para folhas plásticas de fibra de carbono pelos seguintes motivos:

Designabilidade de desempenho: Através de laminação multidirecional (como combinações de 0°/90°/±45°), ele pode atender com precisão aos requisitos de carga em diferentes direções (por exemplo, resistência longitudinal para pás de turbinas eólicas, resistência ao impacto multidirecional para chassis automotivos).

Alta utilização de fibra: As fibras de carbono em tecidos unidirecionais praticamente não apresentam curvatura (minimizando danos às fibras durante a tecelagem), e a fração de volume da fibra pode atingir 60-70% (maior que 40-50% em tramas simples/sarja). As propriedades mecânicas estão mais próximas dos valores intrínsecos das fibras de carbono.

Equilíbrio custo-benefício: Os tecidos unidirecionais possuem um processo de produção simples (exigindo apenas alinhamento longitudinal das fibras) e podem ser cortados no tamanho certo durante a laminação, tornando-os adequados para produção industrial em larga escala.

O próximo tecido mais comum é o tecido liso/sarja, usado principalmente para aplicações que exigem alta estética ou resistência geral. Devido ao seu alto custo, os tecidos 3D são usados apenas em aplicações de suporte de carga extremo.

Resumo: As folhas de plástico de fibra de carbono estão disponíveis principalmente em tecidos unidirecionais, lisos e de sarja. A trama unidirecional é a mais comumente usada devido à sua designabilidade e alta utilização de fibras. Ao escolher uma trama, considere as vantagens e desvantagens de cada estrutura com base em suas necessidades específicas (como resistência, direção, aparência e custo).

Folha de fibra de carbono preta AHD

October 29, 2025