Relatório Materiais Compósitos

Resumo

No presente relatório será tratado o estudo e desenvolvimento de compósitos laminados para a disciplina de Materiais Compósitos, ministrada pelo Professor Dr. Kássio André Lacerda, ofertada pela Universidade FUMEC no curso de Engenharia Aeronáutica. Demonstrou-se técnicas de laminação, mas diante da dificuldade (de produzir materiais compósitos com propriedades estruturais elevadas) gerada pela ausência de equipamentos de indústria e melhores tecnologias disponíveis, se fez necessário a escolha de um método de fabricação por laminação manual: “hand lay-up”, manipulação das resinas e endurecedores, corte e manipulação dos diferentes tecidos e mantas como: Fibra de Vidro e Aramida. Para tal, laminaram-se dois materiais compósitos: o primeiro com matriz resina DGEBA e reforço de tecidos bidirecionais de fibra de vidro e manta de fibra de vidro, o segundo foi um compósito painel sanduíche, com matriz resina DGEBA, núcleo com espuma de Poliuretano e reforço com tecido bidirecional de fibras de Aramida. O material compósito painel sanduíche desenvolvido no laboratório sofreu simulação de defeitos para que posteriormente fossem estudadas as técnicas de reparos estruturais, comumente utilizado na aeronáutica, e o material compósito laminado foi segmentado de acordo com a norma ASTM 3039 com a finalidade de se realizar ensaios mecânicos.

 Palavras chaves: Compósito estrutural. Laminação. Fibra.

 

01-Introdução

“É fácil avaliar a importância dos materiais em relação à existência e à evolução da espécie humana. Não é necessário aprofundar tal exame para se perceber que inúmeras etapas do desenvolvimento do homem foram marcadas pela variedade de materiais por ele utilizado.” (BOEIRA, 2007, p. 4).

 

02- Objetivo

O objetivo dos processos realizados foi a fabricação, ensaio e reparo de materiais compósitos preparados através da técnica de laminação manual ou hand lay-up, no qual foram preparados dois tipos de compósitos, um compósito laminado de fibra e manta de vidro e um compósito sanduíche de Kevlar e espuma de poliuretano, ambos com matriz de resina DGEBA.

 

03- Materiais Utilizados

3.1- Equipamentos: 

Para a laminação dos compósitos foram utilizados os seguintes equipamentos:

3.1.1- Equipamentos pessoais:

       Jaleco e luvas descartáveis para evitar que a pele e/ou roupa entre em contato com a resina.

3.1.2- Equipamentos auxiliares:

Espátulas: auxiliar na limpeza da mesa e dos pincéis.

Pincéis: aplicação da resina e do desmoldante.

Rolos: compactar e homogeneizar o volume de resina nas fibras e mantas.

Régua e tesoura:  usados para medir e cortar os tecidos.

Thinner e Cetona: solventes utilizados para a limpeza dos pincéis, rolos e da mesa.

Estopas: usadas juntamente com os solventes para a limpeza da mesa.

Balança: pesar os tecidos e auxiliar na preparação da resina.

Lixas: lixar os corpos de provas e os tabs, para que tenham uma maior adesão.

3.2- Reforços:   

Para a produção de compósitos, os reforços podem se apresentar na forma de partículas, de fibras contínuas e de fibras picadas. A seguir serão apresentados os reforços utilizados para os dois compósitos propostos:

3.2.1- Fibra de Vidro

As fibras de vidro proporcionam uma melhor relação custo/ benefício, uma alta resistência a tração e grande inércia química. Enquanto que suas principais desvantagens estão associadas ao relativo baixo módulo de elasticidade, auto abrasividade e a baixa resistência à fadiga quando agregada ao compósito (PARDINI, 2006, p.61). Para o laminado foi usada esta fibra como reforço na forma de tecido bidirecional.

3.2.2- Fibra Aramida

Conhecidas como Kevlar, nome comercial dado ao produto de invenção da empresa Du Pont, esta fibra é resistente ao fogo, isolante térmico e elétrico e possui resistência química a solventes orgânicos, combustíveis e lubrificantes, além de apresentar uma elevada tenacidade (MARINUCCI, 2011, p.69).

3.2.3- Manta de vidro

As mantas são obtidas pelo arranjo aleatório de fibras de vidro cortadas uniformemente e agregadas em forma de placas por ligantes, apresentando uma distribuição relativamente uniforme da resistência em qualquer direção devido ao seu arranjo. Possuem uma fácil aplicação, boa molhabilidade e moldabilidade. Sua desvantagem está relacionada às baixas propriedades mecânicas e elásticas quando comparadas com as fibras contínuas.

3.2.4- Espuma de Poliuretano

Os poliuretanos são polímeros produzidos pelo processo de policondensação em massa. O poliuretano é obtido pela mistura de um poliol e um isocianato, tendo como catalisador uma amina terciária. Neste sistema é também incorporado um tipo de silicone, que atua como surfactante para aumentar a atividade superficial, e o agente de expansão auxiliar (AEA) é o dicloro-1-fluoretano (HCFC-141b). Sua vantagem está relacionada a baixa condutividade térmica, pelo fator da sua baixa densidade e da sua estrutura de células pequenas e fechadas, cheias de agente de expansão. A desvantagem fica por parte do meio ambiente, onde várias agências de proteção do mesmo têm alertado quanto a utilização de hidroclorofluorcarbonados (HCFC’s), que neste caso são utilizados como agentes de expansão física na fabricação dessas espumas.

3.3- Matriz

As possibilidades de formulações utilizando resina epóxi se ampliam a cada dia mais devido a ampla oferta desse tipo de resina, que aliada com uma ampla gama de endurecedores e aceleradores, são capazes de atender aos mais diversos tipos de aplicações com elevados requisitos técnicos.

As resinas epóxi são polímeros termofixos obtidos pela reação de epicloridrina com bisfenol, apresentando na sua molécula grupos etoxilínicos (grupo epóxi). Quando usado o bisfenol A, é obtido o éter diglicidil de bisfenol A, conhecido pela sigla DGEBA.

A resina empregada em ambos os compósitos citados neste relatório é a Viapol Carbon Saturante, resina epóxi bicomponente do fabricante Viapol Euclid Group, com suas propriedades listadas no quadro 1, sendo que o endurecedor apresenta corante azul para facilitar o manuseio da resina catalisada e melhor observação da quantidade que está sendo aplicada.

Quadro 1- Viapol Carbon Saturante – Resina epóxi bicomponente

Característica	Especificação	Unidade
Pot life - 20 ºC	aproximadamente 40	minutos
Tempo de secagem ao toque	< 11	horas
Cura total	7	dias
Relação de mistura (P1:P2)	2:1	n/a
Viscosidade	5000	Cps
Resistência à tração	29	MPa
Resistência à compressão	68	MPa
Módulo de compressão	1470	MPa
Resistência ao cisalhamento	9,8	MPa

Fonte: Disponível em http://www.viapol.com.br/produtos/viapol/recupera%C3%A7%C3%A3o-e-refor%C3%A7o/refor%C3%A7o-estrutural/viapol-carbon-cfw-300/, visitado em 5 dezembro de 2018.