Resistência à Tração de Fibras: Uma Comparação Clara entre Diferentes Tipos de Fibra

Este artigo ajudará você a entender a resistência à tração de diferentes fibras. É conveniente para você escolher materiais de fibra com resistência à tração adequada com base nas suas próprias necessidades, prevenindo o desperdício de material, economizando seus custos e garantindo o uso seguro.

O que é Resistência à Tração de Fibras?

A resistência à tração das fibras é a capacidade da fibra de resistir à ruptura sob carga de tração. É um indicador central para medir as propriedades mecânicas das fibras e também uma base importante para a seleção de materiais em diversos setores. As unidades para medir a resistência à tração das fibras incluem cN/dtex, MPa, GPa, psi, etc.

A resistência à tração das fibras pode ser classificada de acordo com os graus de resistência como baixa resistência (< 500 MPa), resistência média (500 – 1000 MPa) e alta resistência (> 1500 MPa).

Equívoco: Se uma fibra não rompe, quanto mais tempo ela for esticada, maior será sua resistência à tração.

 

Errado. A resistência à tração refere-se à força necessária para romper a fibra, não ao tempo que ela pode ser esticada. Algumas fibras podem ser esticadas por muito tempo antes de romper, mas isso não significa que sua resistência à tração seja alta. Um exemplo típico são as fibras de aramida. As fibras de aramida dificilmente são esticadas e têm muito pouca deformação, mas rompem apenas com uma força muito grande. Isso prova que sua resistência à tração é muito alta.

Teste de Resistência à Tração de Fibras

Método de Teste de Resistência à Tração de Fibras

O teste de resistência à tração de fibras é realizado principalmente pelo método de alongamento constante de uma fibra única (CRE). Os métodos específicos são os seguintes:

Prenda as fibras únicas na máquina de teste de tração em intervalos especificados e estique continuamente a uma velocidade definida até que rompam. Registre a força máxima e o alongamento na ruptura e, em seguida, converta em resistência à ruptura ou resistência específica à ruptura.

As normas internacionais comumente usadas para o teste de resistência à tração de fibras incluem principalmente ISO 5079, ASTM C1557 e ASTM D3822, etc. Diferentes fibras exigem diferentes normas. Você pode consultar a tabela abaixo:

No entanto, para fibras curtas, medir uma por uma é extremamente demorado. Portanto, o método de alongamento constante de fibra única (CRE) mencionado acima não é aplicável. Nesse caso, o teste de resistência à tração de feixe de fibras pode ser usado. Este método de teste mede um grande número de fibras de uma só vez e, em seguida, usa um modelo matemático para calcular a resistência média à tração da fibra única.

Além disso, existem outros métodos de teste:

1. Teste de tração de filamento composto / fio: Isso é para fibras com múltiplos filamentos ou fios. A amostra é esticada para obter a resistência à tração do fio.

2. Teste de resistência ao gancho: Isso é adequado para fibras naturais e fibras sintéticas. Duas fibras são enganchadas juntas e esticadas até romperem, medindo a resistência à tração do gancho. Isso reflete a capacidade de carga da fibra após a flexão.

3. Teste de resistência ao nó: A fibra é amarrada em um nó e esticada para medir a tenacidade da fibra única após ser amarrada e dobrada.

Precauções no Teste de Resistência à Tração de Fibras

1. O comprimento de medição da amostra (comprimento de fixação) tem um impacto significativo nos resultados do teste: quanto menor o comprimento de medição, maior a resistência medida. Portanto, ao realizar o teste, o comprimento de medição deve ser estritamente fixado de acordo com a norma e não pode ser alterado aleatoriamente.

2. Fibras vegetais naturais (resíduo de cana-de-açúcar, fibras de banana) têm muitos defeitos e os dados flutuam muito. A norma exige testar um grande número de amostras para estatísticas.

3. Para a mesma amostra, usar dois conjuntos de normas para testar a resistência à tração da fibra, como ISO5079 e ASTM D3822, os resultados medidos serão ligeiramente diferentes devido aos diferentes requisitos de teste.

Resistência à Tração de Diferentes Fibras

As fibras são compostas por milhões de cadeias macromoleculares. Diferentes fibras têm diferentes resistências à tração. Por exemplo, a resistência à tração de fibras de carbono de alto desempenho pode atingir mais de 4500 MPa, e a de fibras longas de aramida III pode atingir mais de 28,5 cN/dtex.

Os fatores que influenciam a resistência à tração das fibras incluem: a disposição das cadeias moleculares, a resistência das ligações químicas nas próprias moléculas, o comprimento das cadeias moleculares e a força de ligação entre as cadeias. Entre eles, a disposição das cadeias moleculares é um fator de influência significativo.

Quando as cadeias moleculares estão dispostas de maneira relativamente ordenada, mais cadeias compartilharão a força de tração juntas, e a resistência à tração da fibra será maior; quando as cadeias moleculares estão dispostas caoticamente, ao serem submetidas à força, apenas algumas cadeias suportarão a força de tração, e a resistência diminuirá.

Além disso, a resistência das ligações químicas nas próprias moléculas, o comprimento das cadeias moleculares, a força de ligação entre as cadeias, bem como as micro-fissuras e defeitos dentro da fibra, também podem alterar a resistência à tração. A tabela a seguir mostra a faixa de resistência à tração de cada tipo de fibra.

Por que a resistência à tração da fibra é uma faixa e não um único valor fixo?

O mesmo tipo de fibra também pode ser dividido em diferentes modelos, como tipo padrão, tipo de alta resistência e tipo de ultra-alta resistência. Além disso, os fabricantes também podem ajustar artificialmente a resistência à tração das fibras por meio de processos, portanto, apenas modelos específicos terão um valor fixo de resistência à tração.

*A tabela usa o valor mediano da faixa de resistência à tração para cada tipo de fibra.

Comparando a Resistência à Tração de Diferentes Fibras

A resistência de diferentes fibras varia significativamente. Suas diferenças as tornam adequadas para diferentes aplicações.

As comparações a seguir examinam a resistência à tração e as principais características de vários tipos comuns de fibras. Isso ajudará você a escolher o material certo para sua aplicação.

1. Resistência à Tração de Fibra de Carbono vs Fibra de Vidro

2. Resistência à Tração de Fibra de Basalto vs Fibra de Carbono

3. Resistência à Tração de Poliéster (PET) vs Polipropileno (PP)

A Fibra com Maior Resistência à Tração

Qual fibra tem a maior resistência à tração?

PBO (poli(p-fenileno-2,6-benzobisoxazol)) é atualmente a fibra orgânica mais forte em termos de resistência à tração entre as fibras orgânicas de alto desempenho. Sua resistência à tração típica de monofilamento é de aproximadamente 5,8 GPa. Em seguida, vêm a fibra de carbono de grau T800 e a UHMWPE (Dyneema).

PBO é uma superfibra orgânica sintética. Um único filamento fino de PBO pode suportar cargas extremamente pesadas. Suas vantagens incluem:

1. Resistência à tração excepcional e alta resistência ao calor. É difícil queimar quando exposta ao fogo;
2. Extremamente leve, significativamente mais leve que o aço;
3. Ampla gama de aplicações, incluindo coletes à prova de balas, cordas resistentes a explosões, aeroespacial e esportes motorizados.

No entanto, também tem desvantagens:

1. Sensível à luz e à radiação ultravioleta. A exposição prolongada à luz solar direta danifica a estrutura molecular interna, reduzindo drasticamente a resistência e causando fragilidade. Portanto, não pode ser usada exposta ao ar livre e deve ser protegida com revestimentos ou encapsulamento em resina.
2. Muito cara. É usada principalmente em equipamentos de proteção de alta qualidade e aplicações aeroespaciais.

Maior Resistência à Tração Significa Melhor Desempenho da Fibra?

Incorreto.

A resistência à tração é apenas uma única propriedade mecânica. Ela indica apenas a capacidade de uma fibra de resistir à ruptura sob tensão ou puxão. Você deve entender que ela não pode determinar o desempenho geral de uma fibra. Também não pode ser diretamente equiparada a um desempenho abrangente superior.

A alta resistência à tração é uma vantagem significativa das fibras. No entanto, ao usá-la na prática, não confie apenas na resistência à tração. O valor real de uma fibra é determinado por múltiplos fatores, incluindo tenacidade, resistência às intempéries, resistência à corrosão, resistência ao calor, estabilidade e adequação para aplicações específicas. Mesmo fibras de alta resistência podem ter deficiências notáveis.

Considere um exemplo típico: em aplicações de concreto, as fibras de poliéster (PET) exibem maior resistência à tração do que as fibras de polipropileno (PP). Você pode considerar o maior desempenho do PET como garantido. No entanto, você ignora a excelente resistência a álcalis das fibras de PP. Na verdade, as fibras de PP são muito mais estáveis do que as fibras de PET, que são propensas à hidrólise alcalina. Isso as torna mais valiosas como aditivo de fibra para concreto.

Portanto, ao comprar fibras, não avalie seu desempenho com base apenas em uma única métrica de resistência. Em vez disso, considere uma combinação de resistência à tração, resistência a álcalis, capacidade de ligação interfacial e durabilidade de longo prazo. Apenas fibras adequadas à sua aplicação específica são as melhores.

Como Escolher a Fibra Certa para Sua Aplicação?

Escolher uma fibra com base apenas na resistência à tração pode ser enganoso. A maneira correta é considerar a aplicação específica e sua combinação necessária de resistência à tração, resistência a álcalis, desempenho de aderência, durabilidade, resistência química e outras propriedades.

Na WOTAIchem, oferecemos diferentes tipos de materiais de fibra para reforço de concreto e outras aplicações, incluindo fibra de PP, fibra de PET, fibra de PVA, fibra de PAN, fibra de celulose de madeira e outras soluções de fibra personalizadas. Nossas fibras de PVA premium são confiáveis pela Sika e outras empresas líderes de materiais de construção.

Para evitar pagar por desempenho desnecessário, você deve adequar o tipo de fibra e os requisitos de desempenho à aplicação real. Dessa forma, o reforço e a durabilidade necessários podem ser garantidos.

A melhor fibra não é necessariamente aquela com a maior resistência à tração—é aquela que fornece o equilíbrio certo de desempenho, durabilidade e custo para sua aplicação.

Se você tiver dificuldade em selecionar a fibra adequada, entre em contato conosco e nossa equipe terá prazer em ajudá-lo!