Talvez se fosse há 20 anos atrás fazer essa matéria não seria possível, a Fibra de Carbono naquela época estava engatinhando, algumas empresas usavam o material para fazer superesportivos ou até mesmo um carro de Fórmula 1, porém a tecnologia de fabricação desse material avançou muito, e facilitou a construção de grandes estruturas.

Continuando na década de 90, lá as aeronaves ainda eram totalmente feitas com rebites e placas de metal, e até então a indústria aeroespacial não esperava usar materiais compostos para construir uma fuselagem, porém a construção de estruturas secundárias com material mais leve já era possível, o próprio Boeing 777 usou isso.

E então a Boeing teve uma baita ideia para construir um avião revolucionário já no início deste século, ela precisava basicamente projetar um avião com a capacidade do A330 e peso parecido com o Boeing 767. Quem conhece sobre aviação sabe, o Boeing 767 é um avião com menor capacidade de transportar passageiros/carga em comparação com o A330, porém ele é mais leve, logo consome menos.

A Boeing 787 foi o primeiro avião de grande porte com fuselagem totalmente em material composto, sem rebites, sem placas metálicas, até o processo de montagem final foi facilitado. Logo após a Airbus seguiu essa tendência, com a fabricação do A350XWB, uma aeronave capaz de concorrer com o Boeing 777 e que recebe os mais novos materiais da engenharia para melhorar sua eficiência.

Vale uma nota por parte de nossa equipe. A Fibra de Carbono é muito rígida, e se “quebra” sem prévio aviso, para aliar a sua qualidade de rigidez com a maleabilidade de outro material, as empresas criam o chamado Material Composto, que pode ter vários tipos de arranjos para combinar a melhor característica das estruturas. No mundo dos metais isso é semelhante a uma liga, que une qualidades de dois materiais, para obter um comportamento distinto.

Do nariz à cauda, ​​a Airbus utiliza compósitos avançados em sua linha de produtos de aviação. Um material em especial é o plástico reforçado com fibra de carbono, ou CFRP. É uma espécie de Composto de fibras de carbono travadas no lugar com uma resina de plástico, o CFRP oferece uma relação força-peso melhor do que os metais e tem menos sensibilidade à fadiga e à corrosão. Em suma, é mais leve que o alumínio, mais forte do que o ferro e mais resistente à corrosão do que os dois.

Como todos os compósitos, a força do CFRP resulta da interação entre seus materiais componentes. Por si só, nem as fibras de carbono nem a resina são suficientes para criar um produto com as características desejadas a serem integradas em uma aeronave. Mas, uma vez combinados em múltiplas camadas integradas e ligadas, o componente ou estrutura de estrutura de CFRP assume a força e propriedades de suporte de carga que o tornam ideal para o uso da aviação.

Os compósitos amplamente aplicados no A350 XWB

A aplicação de plástico reforçado com fibra de carbono atingiu novas proporções com o A350 XWB, que possui uma aplicação significativa de compósitos em toda parte estrutural da aeronave. Por exemplo, uma boa parte da asa do A350 XWB é de compósitos em carbono, incluindo as placas superiores e inferiores. Medindo 32 metros de comprimento por seis metros de largura, esta asa está entre as maiores peças de aviação já fabricadas a partir de fibra de carbono.

Com o CFRP, não só a estrutura do avião é mais rígida e resistente, a redução de peso permite transportar mais passageiros, queimar menos combustível, voar mais longe … ou a combinação dos três. Com os compósitos, a estrutura do avião pode ser mais forte e mais leve, enquanto também requer uma quantidade menor de manutenção pela companhia aérea, sabe aquela regra da fadiga? Vale nesse caso também.

Embora inicialmente mais caro de produzir do que as peças metálicas tradicionais, os componentes do CFRP podem economizar dinheiro dos operadores de aeronaves em futuros custos de manutenção, uma vez que o material não corroí, gerando ferrugem, logo há uma maior durabilidade da estrutura metálica, principalmente aquelas que são impossíveis de trocar. Um A350 XWB, por exemplo, requer 50% a menos de trabalho de manutenção na estrutura, e o limite para uma verificação estrutural completa é de 12 anos em comparação com oito para a A380.

A Airbus usa materiais compostos desde o A310, e agora está usando amplamente para o A350.

Mas como produz o CFRP?

A grande sacada da Fibra de Carbono é que ela se apresenta em forma de malha trançada. Sabe aquele saco de arroz tradicional, feito com fibras naturais? É quase igual aquilo, o arranjo da fibra daquela forma permite que o carbono alcance seu nível de rigidez estrutural, suportando melhor as tensões aplicadas.

Na produção do CFRP, milhares de fios de carbono microscopicamente finos são agrupados para fazer cada fibra, que junta com outras em uma matriz mantida unida por uma resina, afim de atingir o nível de rigidez estrutural requerido. O composto é produzido em folhas de forma precisa, colocadas uma sobre a outra e depois ligadas, para completar a reação e finalizar a cola entre a resina e a fibra de carbono, os funcionários submetem a estrutura ao calor e pressão dentro de um forno chamado autoclave, resultando em um compósito de alta qualidade.

O trançamento da fibra de carbono é feito com uma máquina, que dispõe de vários carreteis com a fibra e vai automaticamente dispondo os fios ao longo da estrutura que será revestida. 

Peças como a fuselagem e as asas podem fazer uso extensivo de compósitos, pois o carregamento de fibra requerido, ou como podemos dizer, o modo como as fibras são colocadas e curadas na autoclave, é bem simples para o nível tecnológico atual.

No entanto, as peças que exigem um processo de fabricação mais complexo, ou que são em formatos complicados, ainda continuam sendo feitas em metal, usando processos modernos, como prensagem em alta pressão e recorte usando máquina CNC automática, que é quase uma impressora 3D dos metais.

De compostos termoplásticos a termoplásticos

Os dois tipos mais comumente usados ​​de CFRP são os “termofixos” e “termoplásticos”. Enquanto os CFRP do tipo termofixos são atualmente mais difundidos na indústria aeronáutica, os termoplásticos estão ganhando popularidade devido à sua reciclabilidade, uma importante consideração do ciclo de vida que tem sido um fator contra a adoção mais ampla do CFRP.

Uma diferença importante entre materiais termofixos e termoplásticos é o que acontece durante o processo de cura. Quando curado na autoclave, o material termofixo sofre uma reação química que altera permanentemente seu formato. Mas um termoplástico pode ser refundido e ainda manter sua composição.

Essa diferença torna os termoplásticos atraentes, pois a Airbus e seus fornecedores produzem centenas de toneladas de compósitos a partir de sucata a cada ano. Enquanto no termofixo a sucata não pode ser utilizada, a sucata termoplástica pode ser usada de várias maneiras e em vários setores além da aeronáutica.

Outra diferença é a estrutural, o termofixo tem maior ponto de fusão e geralmente é bem rígido em qualquer temperatura, enquanto o material termoplástico é mais maleável de acordo com a temperatura, e ideal para fazer estruturas que se deformarão em uso, ou não sofrem com ampla variação de temperatura.

Mas nós já sabemos, as aeronaves são submetidas a um amplo gradiente de temperatura, que pode variar de -50ºC até 50º C. Por isso a fabricante testa o avião em todas as situações antes de entregar para um cliente, de forma a garantir o funcionamento de todos os sistemas da aeronave, até mesmo da estrutura. Logo para fuselagem e asas o material composto mais adequado para ser implementado é do tipo “termofixo”.

Veja mais sobre esse processo de fabricação no vídeo abaixo:

Com partes do texto via Airbus e outras partes produzidas pela Aeroflap.