Apresentação Materiais Compósitos DEFINITIVO

Processo de fabricação de materiais compósitos

Universidade Cândido Mendes – Niterói/RJ

Aline Marques

Aurélio Santos

David Amorin

Gustavo Lomba

Leonardo Barbosa

Rodolfo Guimarães

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INTRODUÇÃO

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Materiais compósitos - Introdução

APRIMORAÇÃO DE MATERIAIS

DEFINIÇÃO

Um material compósito é formado pela união de dois materiais de naturezas diferentes,

resultando em um material de performance superior às de seus componentes

separadamente.

O material resultante de um arranjo de fibras, contínua ou não, de um material

resistente que são impregnados em uma matriz de resistência mecânica inferior

as fibras.

Separadamente, os constituintes do compósito mantém suas características, porém

Quando misturados eles formam um composto com propriedades impossíveis de

se obter com apenas um deles.

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APRIMORAÇÃO DE MATERIAIS

NECESSIDADES BÁSICAS:

Tecnologias modernas exigem materiais com combinações incomuns de

propriedades que não podem ser atendidas pelas ligas metálicas,

cerâmicas e materiais polimérico convencionais.

Exemplo: Materiais com baixa densidade mais fortes e rígidos,

resistentes à abrasão e ao impacto e que não corroam.

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COMPÓSITOS

PARTÍCULA

REFORÇADO

FIBRA

REFORÇADO

ESTRURAL

REFORÇADO

GRANDES

PARTÍCULAS

DISPERSÃO

REFORÇADA

CONTÍNUA

(ALINHADA)

DESCONTÍNUA

(CURTA)LÂMINADAS

PAINÉIS

SANDWICH

TIPOS DE MATERIAIS COMPÓSITOS

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CARACTERÍSTICAS GERAIS

COMPÓSITOS

Um compósito industrial consiste em um material artificialmente multifásico

onde as fases devem ser quimicamente diferentes, separadas por uma

Interface.

Logo todo material compósito apresenta duas fases:

FASE MATRIZ: É contínua e confere maleabilidade e ductilidade.

FASE DISPERSA: É descontínua e confere resistência ao compósito.

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CARACTERIZAÇÃO

DE MATERIAIS

COMPÓSITOS

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Materiais compósitos - Caracterização

CONSTITUIÇÃO

COMPONENTES BÁSICOS:

MATRIZ que pode ser Metálico, Polimérico ou Cerâmico.

EXEMPLOS: Alumínio, Resina epoxídica, Alumina.

REFORÇO que pode ser Metálico, Polimérico ou Cerâmico e pode estar

na forma de partículas, fibras ou camadas.

EXEMPLOS: Partículas de Alumina, de Carboneto de silício, de diamante;

Fibras de Carbono, de Kevlar, de Vidro, de Carboneto de silício.

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CONSTITUIÇÃO

EXEMPLOS:

COMPÓSITOS DE MATRIZ METÁLICO

Matriz Alumínio – Reforço em camadas externas de outro Alumínio

Matriz Alumínio – Reforço em fibras de Boro

Matriz Alumínio – Reforço em partículas ou fibras de Carboneto de silício

COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICO

Matriz Resina epoxídica – Reforço em fibras de Carbono

Matriz Resina epoxídica – Reforço em fibras de Vidro

COMPÓSITOS DE MATRIZ CERÂMICO

Matriz Alumina – Reforço partículas de carboneto de silício

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CONSTITUIÇÃO

EXEMPLOS:COMPÓSITO DE MATRIZ POLIMÉRICO

E REFORÇO CERÂMICO

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CONSTITUIÇÃO

EXEMPLOS:

FOTOMICROGRAFIA DE UM

MATERIAL COMPÓSITO DE

RESINA E FIBRA.

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CONSTITUIÇÃO

EXEMPLOS:

COMPÓSITO EM NINHO DE ABELHAOs ninhos de abelha podem ser ligas de alumínio ou polímeros

do tipo fenólico ou poliésteres. As chapas exteriores são

normalmente metálicas em ligas de alumínio.

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CONSTITUIÇÃO

EXEMPLOS:

COMPÓSITO DO TIPO

MATERIAIS REVESTIDOS

(CLADS)

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CONSTITUIÇÃO

EXEMPLOS:

COMPÓSITO DE MATRIZ ALUMÍNICA

E REFORÇO EM FIBRAS DE BORO

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PROPRIEDADES

Normalmente obtém-se elevada resistência mecânica, elevada rigidez, baixa

densidade.

Pode-se conseguir uma combinação de boas propriedades mecânicas,

elétricas, térmicas, corrosivas, etc. , em função das aplicações.

DEPENDE DA MATRIZ E DO REFORÇO UTILIZADO:

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APLICAÇÕES

Reservatórios de combústiveis e outros produtos químicos

Indústria automobilística

Indústria aeroespacial, Indústria naval e construção civil.

GERAIS:

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Materiais compósitos - CaracterizaçãoAPLICAÇÕES

COMPÓSITOS DE PARTÍCULA

CONSTRUÇÃO CIVIL

Dureza(cerâmico) + tenacidade(metal)

Concreto:

Cimento-matriz

Areia e brita- particulados

Cermetos (metais + cerâmicas):

WC + Co (micrografia ao lado) ou Ni

TiC + Co ou Ni

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COMPÓSITOS DE PARTÍCULA

INDÚSTRIA QUÍMICA

Ex: Pneus

Elastômeros e plásticos

São reforçados com partículas de

NEGRO DE FUMO.

NEGRO DE FUMO: Queima do gás

natural ou óleo gera partículas de

carbono que melhora a resistência,

tenacidade e dureza dos polímeros

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COMPÓSITOS DE FIBRAS:

AUTOMÓVEIS

Aplicação de Plásticos reforçados por fibras (folhas SMC) em automóveis.

Em geral deseja-se nesses materiais alta resistência, tenacidade e rigidez em relação

ao seu peso.

TETO; TAMPA DA MALA; SPOILER;

PORTA; CAPOT; PARALAMA

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COMPÓSITOS DE ESTRUTURA

MATERIAIS ESPORTIVOS

Ex: Esqui moderno

Compósitos laminares: Folhas oupainéis bidimensionais sãocimentados umas as outras invertendoa direção do alinhamento das fibrasde cada placa.

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COMPÓSITOS DE ESTRUTURA

INDÚSTRIA AEROESPACIAL

CONSTRUÇÃO CIVIL

Ex: Asas e fuselagem de

aeronaves telhados,

pisos, paredes.

Painéis em forma de sanduíches: Duas

folhas externas mais resistentes separadas

por uma camada de metal menos denso.

Folhas externas: madeira compensada,

alumínio e ligas, plásticos + fibras, titânio aço.

Recheio interno: Polímeros com espuma,

borrachas sintéticas, colméias.

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PROCESSAMENTO

DE

MATERIAIS

COMPÓSITOS

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Materiais compósitos - Processamento

MÉTODOS DE PROCESSAMENTO

PROCESSOS DE ENROLAMENTO DE FIO; MOLDAGEM POR INJEÇÃO E

POR COMPRESSÃO; MOLDAGEM DE FOLHAS SMC.

PROCESSO DE PULTRUSÃO; PROCESSOS DE COLAGEM E LAMINAGEM.

PROCESSO DE DEPOSIÇÃO MANUAL; PROCESSOS DE SPRAY.

FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE CARBONO, DE VIDRO, DE KVELAR, ETC.

OS PRINCIPAIS SÃO:

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DESCRIÇÃO DO PROCESSO:

FABRICAÇÃO DE

REFORÇO EM

FIBRA DE VIDRO

1º -Fusão do vidro num forno; 2º -Obtenção de fibras(monofilamentos) pela passagem do vidro fundido por fieiras com centenas

de orifícios; 3º -Junção das fibras por trefilagem para se obter feixe de monofilamentos; 4º -Obtenção defio por torcedura

ou multifio(tecido) por entrelaçamento dos feixes.

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FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE CARBONO

1º-Estabilização: alinhamento por esticamento das redes fibrilares de PAN e Oxidação ao ar a cerca de 200 a 220 °C;

2º-Carbonação: aquecimento das fibras de PAN entre 1000 e 1500 °C para se obter fibras de carbono por eliminação do

Oxigénio, Hidrogênio e Azoto; 3º-Grafitização: é realizada acima dos 1800 °C para intensificar a orientação preferencial das

cristalites de grafite no interior de cada fibra e com isso aumentar o módulo de elasticidade.

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DEPOSIÇÃO MANUAL

1º-Colocar manualmente no molde o reforço em fibras; 2º-vazar a resina plástica; 3º Passagem de

rolos para que a resina molhe o reforço e remova o ar que possa estar aprisionado.

Para aumentar a espessura da parededa peça adicionam-se mais camadas de fibras e resina.

MOLDAGEM DE COMPÓSITOS

DE MATRIZ PLÁSTICA

REFORÇADA POR FIBRAS.

COM ESTE PROCESSO PODE-SE

FABRICAR CASCOS DE

BARCOS, DEPÓSITOS,

PAINÉIS DE CONSTRUÇÃO, ETC.

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PROCESSO DE “SPRAY”

1º-DEPOSIÇÃO SIMULTÂNEA,SOBRE UM MOLDE, DE RESINA E PEDAÇOS DE FIBRAS,USANDO UMA PISTOLA DE CORTE E

PROJECÇÃO;2º-DENSIFICAÇÃO DA CAMADA DEPOSITADA ATRAVÉS DA PASSAGEM DE UM ROLO QUE ASSEGURA A

IMPREGNAÇÃO DA RESINA NO REFORÇO E REMOVA O AR QUE POSSA ESTAR APRISIONADO.

PODE-SE ADICIONAR VÁRIAS CAMADAS ATÉ SE OBTER A ESPESSURA DESEJADA.

MOLDAGEM DE MATERIAIS

COMPÓSITOS DE MATRIZ

PLÁSTICA REFORÇADA POR

FIBRAS. PODE-SE OBTER

CASCOS DE BARCOS,

BANHEIRAS, ETC.

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PROCESSO DE ENROLAMENTO DE FIO

1º-Impregnação das fibras pela resina plástica; 2º-Enrolamento das fibras impregnadas em volta de um mandril em rotação.

3º-Após se obter a espessura desejada, o enrolamento é sujeito a cura, que pode ser à temperatura ambiente ou a uma

temperatura mais elevada.

FABRICO DE COMPÓSITOS DE MATRIZ

PLÁSTICA E REFORÇADA POR FIBRAS.

PODE-SE FABRICAR TUBOS CILÍNDRICOS

DE ELEVADA RESISTÊNCIA, COMO POR

EXEMPLO RESERVATÓRIOS PARA

ARMAZENAMENTO DE COMBUSTÍVEIS,

VASOS DE PRESSÃO E INVÓLUCROS

PARA MOTORES DE FOGUETÕES

E MÍSSEIS.

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PROCESSO DE MOLDAGEM DE FOLHAS SMC

1º-Multifio de Feixes de fibras de vidro é cortado em pedaços que são depositados sobre uma camada de resina; 2º- Deposição

de outra camada de resina sobre a camada anterior, obtendo-se assim um sanduíche de fibra e resina;3º- O sanduiche, coberto

por cima e por baixo por filmes de polietileno, é compactada, esticada e enrolada através de rolos; 4º-Armazenamento dos

rolos de folhas SMC numa câmara para que estas absorvam bem as fibras de vidro; 5º-Corte das folhas SMC em pedaços,

sua colocação num molde e prensagem para se obter a peça final.

PROCESSO DE PRODUÇÃO DAS FOLHAS SMC,

USADO ESPECIALMENTE NA INDÚSTRIA

AUTOMÓVEL.

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PROCESSO DE PULTRUSÃO

1º-Passagem de fibras por um banho de resina; 2º-Trefilagem de fibras impregnadas de resina através de

uma fieira aquecida. A fieira deterrminada forma da secção da peça final.

FABRICO DE MATERIAIS COMPÓSITOS DE MATRIZ PLÁSTICA

REFORÇADA POR FIBRAS. OBTÉM-SE PERFIS DE SECÇÃO

CONSTANTE COMO VIGAS, CALHAS, TUBOS, ETC.

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