Fibra de Carbon

Fibra de carbon este considerata fibra cu un continut de cel putin 90% carbon. Pentru descrierea fibrei cu un continut mai mare de 99% carbon se foloseste termenul de fibra grafitica.

Scurt istoric

Fibra de carbon a aparut in 1957 cand, pentru a imbunatatii panza de bumbac si de matase care erau singurele disponibile pentru fabricarea ajutajelor pentru rachete, Barneby-Cheney si National Carbon au produs o cantitate mica de fibre. In 1961, A Shindo, de la Japanese Governement Industrial Research Institute, Osaka a produs fibre de carbon din fibre poliacronitrilice (PAN). In 1967, Rolls Royce, in Anglia, a anuntat proiectul utilizatii fibrelor de carbon la componentele motorului cu reactie.

Astazi, fibra de carbon este fibra domninata in industria materialelor compozite avansate. In ultimile doua decenii, proprietatile fibrelor de carbon au crescut spectaculos ca rezultat al cererii de materiale cat mai rezistente si cat mai usoare, mai ales din partea industriei aerospatiale. Ca si raport rezistenta/greutate, fibra de carbon reprezinta cel mai bun material ce poate fi produs la scara industriala in acest moment.

Capacitatea mondiala de productie inregistreaza o continua crestere de la aparitia materialului pana in prezent, un salt spectaculos fiind inregistrat odata cu demarearea proiectului Boeing 787 Dreamliner.

Structura Fibrei de Carbon

Ca si grafitul, fibra de carbon are la baza o structura atomica plana cu legaturi foarte puternice intre atomii de carbon, covalente. In cazul grafitului, planurile sunt paralele, legaturile dintre ele fiind de tip Van der Walls ce pot fi usor rupte. In locul straturilor plane de atomi din carbon, care se gasesc in grafit, fibra de carbon este formata din panglici de atomi de carbon, spiralate, aliniate paralel cu axa fibrei.

Producerea Fibrei de Carbon

Pentru obtinerea fibrei de carbon, se folosesc o varietate mare de materiale, numite precursoare. Acestea sunt filate in filamente subtiri care sunt apoi convertite in fibra de carbon in 4 etape:

• stabilizarea (oxidarea)
• carbonizare
• grafitizare
• tratamentul suprafeti

Fibrele continue sunt apoi bobinate si comercializate pentru tesere sau pentru alte procedee de obtinere a structurilor din fibra de carbon (filament winding, pultrusion). Astazi, materialul precursor predominant in fabricarea fibrelor de carbon este poliacrilonitrilul (PAN). Fibra de carbon astfel obtinuta are un diametru de 5 -10 μm.

Clasificarea Fibrelor de Carbon

In functie de proprietatile mecanice ale fibrelor de carbon, acestea pot fi clasificate in:

• 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 rezistenta la tractiune ridicata
• Fibre de Carbon Intermediate Modulus (IM sau tipul III)

Bibliografie:

1. Alan Backer, Stuard Dutton, Donald Kelly – Composite Materials for Aircraft Structures
2. LUPESCU, Mihai Bogdan – Fibre de Armare pentru Materialele Compozite

Florin STUPARU