O Passado e o Presente das Fibras de Carbono

A Exploração Inicial da Fibra de Carbono: Surgimento e Estagnação

A origem da fibra de carbono remonta aos anos 1880, quando era utilizada como material filamentar. Thomas Edison e Joseph Swan patentearam filamentos de carbono feitos de bambu e fio de algodão, respectivamente. Contudo, com a popularização das lâmpadas de filamento de tungstênio, os filamentos de carbono foram substituídos devido à menor eficiência e vida útil, levando à quase estagnação no desenvolvimento da tecnologia de fibra de carbono nas décadas seguintes.

Durante a Segunda Guerra Mundial, a Union Carbide começou a pesquisar a fibra de carbono utilizando rayon como precursor e produziu tecido de fibra de carbono utilizável em testes de bocais de foguetes e escudos térmicos em 1958 por meio da grafitação em alta temperatura. No entanto, devido à falta de processos de alongamento otimizados, suas propriedades mecânicas eram pobres, limitando sua aplicação comercial.

A Década de 1960: Competição Multinacional e Avanços Tecnológicos

No início dos anos 1960, o Japão, os Estados Unidos e o Reino Unido começaram quase simultaneamente pesquisas sobre fibras de carbono de alta resistência e alto módulo. Em 1960, o cientista norte-americano R. Bacon produziu microfibras de grafite utilizando um método de arco sob pressão; embora não tenha sido comercializado, chamou a atenção da Força Aérea dos EUA. No mesmo ano, o MITI japonês iniciou um programa de pesquisa colaborativa com empresas como a Toray e a Nippon Carbon para desenvolver fibra de carbono baseada em poliacrilonitrila (PAN). Akio Shindo publicou resultados em 1961, produzindo amostras com desempenho três vezes superior ao da fibra de carbono baseada em rayon, mas isso recebeu pouca atenção na academia ocidental.

O Estabelecimento Real de Aeronaves do Reino Unido (RAE) começou as pesquisas em 1963 e acelerou o desenvolvimento após tomar conhecimento do avanço japonês Conquista, desenvolvendo um processo de fibra de carbono baseado em PAN com desempenho dobrado em seis meses. Os principais avanços incluíram o estiramento do precursor de PAN durante a oxidação para melhorar a orientação molecular, a otimização dos processos de tratamento térmico e o desenvolvimento de um método de oxidação eletrolítica para melhorar a adesão entre a fibra e a resina. Essa tecnologia foi licenciada para três empresas britânicas: Courtaulds, Morgan Crucible e Rolls-Royce.

A Rolls-Royce utilizou fibra de carbono nas lâminas do motor RB211, mas a falha nos testes de impacto com aves contribuiu para a falência da empresa, afetando severamente a indústria britânica de fibra de carbono. Enquanto isso, a japonesa Toray introduziu a fibra de carbono Torayca T300 em 1971, que se tornou um material fundamental para os compósitos de primeira geração e ingressou no mercado global por meio de acordos de intercâmbio tecnológico.

1970–1989: Expansão de Aplicações e Redução de Custos

A partir da década de 1970, as aplicações de fibra de carbono expandiram-se gradualmente da indústria aeroespacial para artigos esportivos e campos industriais. À medida que os processos avançaram, seu custo de produção caiu de £200 por kg em 1970 para £20–80 por kg em 1980. Empresas japonesas, aproveitando a otimização tecnológica e a expansão de capacidade, conquistaram a liderança. Companhias como Toray e Toho Rayon promoveram com sucesso a fibra de carbono em mercados de consumo, como tacos de golfe e varas de pesca.

Na década de 1980, a fibra de carbono foi utilizada em estruturas secundárias de aeronaves como o Boeing 757/767. Uma exigência do Departamento de Defesa dos EUA de 1987, que determinava 50% de produção doméstica de fibra de carbono e precursores, desencadeou uma onda de investimentos internos, mas posteriormente levou ao excesso de capacidade. As empresas japonesas aprofundaram sua presença global por meio de joint ventures e estabelecimento de fábricas, representando quase metade da produção mundial de fibra de carbono no final da década de 1980.

A década de 1990: Desafios e Transformação Pós-Guerra Fria

O fim da Guerra Fria levou a uma drástica redução nos pedidos de defesa, fazendo com que a demanda norte-americana por fibra de carbono caísse aproximadamente 60% entre 1990 e 1991, forçando muitos fabricantes a interromperem a produção ou saírem do mercado. Em contraste, empresas japonesas expandiram sua capacidade contra a tendência e fortaleceram sua posição global ao adquirir fábricas na Europa e na América. Em 1993, o governo Clinton lançou o Projeto de Reinvestimento em Tecnologia (TRP), apoiando a aplicação de compósitos em infraestrutura civil e na indústria aeroespacial, ajudando na recuperação gradual da indústria norte-americana.

Paralelamente, o uso de fibra de carbono cresceu em setores industriais como lâminas de turbinas eólicas e componentes automotivos, enquanto novas tecnologias como compósitos termoplásticos e fibras de carbono à base de pitch injetaram novo impulso na indústria.

1990–1995: Ajuste Turbulento e Reconfiguração do Cenário

As vendas globais anuais de fibra de carbono durante este período foram de aproximadamente 8.000 toneladas, mas as estruturas regionais de demanda diferiam significativamente: o mercado dos EUA era dominado pela indústria aeroespacial, enquanto na Ásia prevalecia o segmento de artigos esportivos. Cortes no orçamento de defesa dos EUA provocaram excesso de capacidade severo; em 1991, metade da capacidade nacional estava ociosa, e empresas como Courtaulds e BASF saíram do mercado.

Empresas japonesas continuaram a se expandir, com firmas como Toray e Mitsubishi Rayon entrando nos mercados europeu e americano por meio de fusões e aquisições. Em 1995, o Japão controlava 62% da capacidade global de fibra de carbono, estabelecendo uma vantagem clara.

Recuperação e Novas Perspectivas

Após 1995, com a crescente demanda por materiais leves em aeronaves de aviação civil e o contínuo crescimento dos mercados de energia eólica e artigos esportivos, a indústria global de fibras de carbono recuperou-se gradualmente. As empresas norte-americanas, aproveitando o projeto TRP para reduzir custos técnicos, retornaram a uma trajetória de crescimento; a Europa tornou-se mais dependente de investimentos estrangeiros após saídas locais. No futuro, com a crescente demanda por materiais leves em áreas emergentes como veículos elétricos e novas energias, espera-se que a fibra de carbono encontre um espaço de aplicação mais amplo.

Conclusão

A jornada da fibra de carbono, de um material laboratorial a uma matéria-prima essencial em diversos setores, envolveu avanços tecnológicos, flutuações de mercado e competição internacional. O Japão estabeleceu uma posição de liderança por meio de investimentos contínuos em tecnologia e expansão de mercado, os Estados Unidos recuperaram gradualmente sua competitividade com apoio político, e a Europa enfrentou ajustes estruturais. No futuro, com a redução de custos e o surgimento de novos cenários de aplicação, a fibra de carbono está prestes a desempenhar um papel ainda mais importante nas áreas de energia verde, transporte e outras.

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