Compilação Compositos

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    06/12/2015 Materiais compsitos na aviao | Aviao.org

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    O Proteus, aeronave de explorao para altas altitudes, foi desenvolvido pela Scale Composites, e faz amplo uso de materiais compsitos.

    Certamente um leitor que se interesse por aviao j ter ouvido falar de materiais compsitos (ou compostos) e de

    sua importncia para uso aeroespacial. Derivados (em sua verso moderna) da corrida espacial, sua adoo cada vez

    maior pela indstria aeronutica, e os exemplos mais recentes so o Boeing 787 e o Airbus A380, cujos projetos

    estruturais incluem muitos componentes crticos feitos a partir de tais materiais.

    MATERIAIS COMPSITOS NA AVIAO

    Osmateriais que prometem reduzir o peso e o consumo das aeronaves

    modernas24 de maio de 2012 por Rodrigo Zanatta 53 Comentrios

    ltima atualizao: 2 de maio de 2015

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    Porm a velocidade com que a adoo dos compsitos se deu pela indstria no foi como se estimava nos anos 70.

    Pode-se dizer que esta ocorreu de forma bem mais rpida no campo da aviao experimental e militar que na aviao

    comercial e executiva. Em geral, bem difundida a ideia de que os materiais compsitos so a ltima palavra em

    tecnologia de materiais para uso aeronutico, principalmente por reunirem duas propriedades de suma importncia

    para o setor: baixo peso e alta resistncia.

    No entanto, para que se possa tirar algum benefcio de tais propriedades necessrio que estes materiais sejam bem

    compreendidos e usados em projetos que levam em conta suas especificidades, caso contrrio eles podem serdramaticamente piores que os materiais mais tradicionais. No se trata simplesmente de substituir alumnio por fibra

    de carbono, por exemplo. Existem peculiaridades que diferenciam o uso desses materiais, e apesar das inmeras

    vantagens que introduzem, os compsitos tm tambm os seus pontos fracos e seus limites.

    Montagem da fuselagem do cargueiro X-55A. Com 18 m de comprimento e feita com compsitos de carbono/epoxy, reduziu-se em 10 vezes a

    quantidade de partes e em mais de 100 vezes a quantidade de fixadores. Imagem: CompositesWorld (www.compositesworld.com).

    A apresentao que segue est longe de ser completa ou exaustiva. Apesar de relativamente longa, nela fazemos

    apenas um apanhado geral do que so e como funcionam os materiais compsitos, o que poder dar ao leitor uma

    ideia da complexidade do assunto. No entramos nos detalhes quantitativos de suas propriedades (mdulo elstico,

    resistncia a trao, etc.), muito menos exploramos os mtodos de clculo que permitem o design apropriado de

    componentes e peas. Mas acreditamos poder criar um panorama geral que permitir ao leitor compreender sua

    aplicabilidade e a razo de tal aplicabilidade na indstria aeroespacial. Esperamos que possa servir a essa finalidade.

    A matria longa. O leitor pode usar o sumrio acima, ou a paginao que aparece abaixo para facilitar a leitura e o

    tempo de carregamento. A prxima pgina responde pergunta: o que so materiais compsitos?.

    http://www.aviacao.org/especiais/materiais-compositos/2/http://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/X-55A-fuselagem-800x600.jpg
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    O que so materiaiscompsitos? muito provvel que ao seu redor, neste momento, existam algumas estruturas feitas com materiais compsitos.

    No certo que sejam os materiais apropriados para uso aeronutico, no entanto evoc-los como exemplo pode ser

    til para introduzir o conceito. Todos sabem o que concreto armado. Normalmente, nossos muros, lajes, prdios e

    casas so feitos com vergalhes de ao mergulhados em um determinado volume (uma matriz) de concreto este

    ltimo, em si, uma composio deareia, cimento e gua.

    A idia por trs dessa tcnica a de combinar as propriedades mecnicas dos vergalhes de ao com as propriedades

    mecnicas do concreto e obter estruturas com propriedades mecnicas que no so simplesmente a soma das

    propriedades dos materiais constituintes, mas propriedades novas que surgem dessa combinao. No se trata de

    uma novidade. As indstrias blica e civil da antiguidade, por exemplo, j a conheciam, como testemunham os arcos

    feitos em compsitos de madeira, pele e tendes animais ou as paredesarmadas com madeira e argila.

    Uma viga de concreto armado, por exemplo, tem a caracterstica de ser significativamente estvel em sua forma ao

    mesmo tempo em que resistente ao cisalhamento (corte) e compresso. Por isso so usadas para formar os

    esqueletos de casas e muros. Se usssemos apenas os vergalhes de ao, perceberamos rapidamente que apesar de

    resistentes tenso, seriam inapropriados para resistir compresso devido a um fenmeno conhecido como

    buckling (o vergalho se dobraria sobre si mesmo). Por isso dificilmente conseguiramos manter um desses

    vergalhes em p e equilibrado sem alguns apoios laterais para suport-lo.

    Da mesma forma, se a viga fosse feita apenas com concreto, no seria de surpreender que algum impacto inesperado

    pudesse trinc-la facilmente, de um lado a outro, comprometendo completamente a estrutura, e uma pequena

    solicitao de cisalhamento (uma solicitao vertical em uma viga horizontal, por exemplo) facilmente romperia a

    estrutura.

    Mas ao combinar os dois materiais, mergulhando os vergalhes de ao (um material da famlia dos metais) em uma

    matriz de concreto (da famlia dos cermicos), pode-se fazer com que as deficincias de cada material sejam

    MATERIAIS COMPSITOS NA AVIAO

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    R E S A R M A T U R A

    Esttica e Conforto na sua Cozinha. A boa relao Qualidade/preo!

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    compensadas pelas virtudes do outro, criando assim um material composto com propriedades particulares. A

    estrutura em concreto armado ser resistente a um impacto ou solicitao de cisalhamento por ter dentro dela os

    vergalhes de ao, que ajudam a firmar o concreto e evitar trincas e rachaduras. Ao mesmo tempo, o concreto ao

    redor dos vergalhes os mantm no lugar, fazendo com que a resistncia a trao e compresso da estrutura

    aumente ainda mais pois os vergalhes no se dobraro sobre si mesmos.

    Para tornar a coisa ainda mais clara, que o leitor imagine uma viga de laje apoiada em suas duas extremidades. Se

    essa viga fosse feita apenas de concreto, provvel que cedesse e se quebrasse ao meio com seu prprio peso. Masgraas aos vergalhes que ali dentro correm, poder-se-ia inclusive caminhar sobre ela e talvez se arriscar a dar alguns

    saltos sobre a viga.

    esse o princpio bsico por trs do sucesso e da eficincia dos materiais compsitos. pouco provvel que o

    concreto armado venha um dia a ser utilizado em construes aeronuticas, mas a ideia de um elemento de reforo

    imerso em um elemento de forma, combinando as suas propriedades, j conhecida e usada a muito tempo e em

    muitos campos de nossa vida.

    No caso dos materiais de uso aeronutico, parte-se do mesmo princpio. No lugar dos vergalhes de ao usam-se emgeral fibras, extremamente leves e resistentes trao, mas que so como qualquer pedao de linha: no se

    comportam de forma muito interessante em relao compresso. No lugar do cimento, usa-se uma matriz

    tipicamente de natureza polimrica (mas podem ser tambm metlicas ou cermicas, como se ver adiante), que em

    geral so bem menos resistentes s solicitaes mecnicas, porm capazes de manter as fibras no lugar, transmitir as

    foras entre elas e definir a forma do componente.

    Auto explicativo: reforo mais matriz igual a material compsito

    Alguns cientistas se referem aos materiais reforados com fibras como madeira artificial. De fato, pode-se pensar

    na madeira como um compsito natural, em que as fibras de celulose esto imersas em uma matriz de lignina. A

    principal diferena reside no fato que no caso dos materiais compsitos artificiais pode-se ter maior controle sobre

    a disposio das fibras, ao passo que na madeira, o melhor que se pode fazer escolher um bom pedao.

    Antes de seguirmos adiante, vejamos uma questo de nomenclatura: fala-se de materiais compsitos mas tambm

    de materiais compostos como se fossem sinnimos. De fato, de um certo ponto de vista, os materiais compsitos

    so materiais compostos, e no h nenhum problema com essa dupla terminologia que, na realidade, bem comum.

    Porm, para evitar equvocos, convm fazer uma distino. Que o internauta pense por exemplo na gua. Esta feita

    essencialmente de molculas compostas de dois tomos de hidrognio e um de oxignio. Em condies normais de

    temperatura e presso, hidrognio e oxignio se encontram em estado gasoso, mas ao se combinarem quimicamente

    fara formar gua, seu estado (e logo, as propriedades fsicas e qumicas do material resultante) mudam

    significativamente. O que diferencia no caso a gua do concreto armado o fato de que na primeira h uma

    interao qumica entre os elementos constituintes, ao passo que no segundo no. Isto : os vergalhes de ao no

    se combinam quimicamente com o concreto.

    Assim, pode-se reservar o termo compostos para materiais onde h interao qumica entre os constituintes e

    compsitos para quando no h. Evidentemente, na interface entre as fibras e a matriz podem ocorrer reaes

    qumicas o que constitui um fator crtico no design de componentes em materiais compsitos -, no entanto, no h

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    nada semelhante a uma razo estequiomtrica entre os constituintes e, no final das contas, as relaes entre tais

    so basicamente de natureza fsica (mecnica, trmica, etc.). Em suma, as fibras contribuem basicamente como

    reforadores. So o elemento responsvel pela resistncia mecnica de uma pea. A matriz serve principalmente

    como comunicador de foras entre as fibras e responsvel pela forma da pea. A seguir apresentamos mais

    detalhadamente o papel dos vrios tipos de fibra e matriz nos compsitos.

    As prximas pginas tratam das fibras.

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    Arquivado em: Materiais, Tecnologia

    Palavras-Chave: CFRP, CMC, Compsitos, Epoxy, Fibra aramida, Fibra de carbono, Fibra de vidro, GFRP, Kevlar, Materiais compsitos, Matrizes,

    Matrizes cermicas, Matrizes metlicas, Matrizes polimricas, MMC, Resinas, Resinas termoendurentes, Termoplsticos

    Comentrios

    Thomasdiz

    17 de outubro de 2012 s 14:33

    Adorei a analogia com a construo civil para materiais compsitos.

    Estamos trabalhando na divulgao das mquinas que fabricam a manta de reforo para os

    compsitos utilizados na aeronutica.

    So mquinas especiais, chamadas de multiaxiais, que trabalham com filamentos de fibra-de-

    vidro ou fibra-de-carbono.

    Gostei do artigo.

    Responder

    Pedro diz

    18 de novembro de 2012 s 23:33

    Excelente material de conhecimento. Parabns ! ! !

    Responder

    Francisco Rodrigues diz

    6

    http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/#printhttp://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=email&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=linkedin&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=google-plus-1&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=twitter&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=facebook&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?replytocom=73#respondhttp://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/#comment-73http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?replytocom=59#respondhttp://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/#comment-59http://www.rivitex.com.br/http://www.aviacao.org/tag/termoplasticos/http://www.aviacao.org/tag/resinas-termoendurentes/http://www.aviacao.org/tag/resinas/http://www.aviacao.org/tag/mmc/http://www.aviacao.org/tag/matrizes-polimericas/http://www.aviacao.org/tag/matrizes-metalicas/http://www.aviacao.org/tag/matrizes-ceramicas/http://www.aviacao.org/tag/matrizes/http://www.aviacao.org/tag/materiais-compositos/http://www.aviacao.org/tag/kevlar/http://www.aviacao.org/tag/gfrp/http://www.aviacao.org/tag/fibra-de-vidro/http://www.aviacao.org/tag/fibra-de-carbono/http://www.aviacao.org/tag/fibra-aramida/http://www.aviacao.org/tag/epoxy/http://www.aviacao.org/tag/compositos/http://www.aviacao.org/tag/cmc/http://www.aviacao.org/tag/cfrp/http://www.aviacao.org/tecnologia/http://www.aviacao.org/tecnologia/materiais/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/18/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/3/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/9/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/8/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/7/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/6/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/5/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/4/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/3/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/http://www.aviacao.org/especiais/materiais-compositos/3/
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    As fibrasAs fibras podem ser de diversos tipos, no entanto as mais comuns so as fibras de carbono, as fibras aramidas (ou

    Kevlar que o nome comercial das fibras aramidas produzidas pela DuPont) e asfibras de vidro.

    O leitor pode fazer uma experincia muito simples para entender as excepcionais propriedades das fibras. Tenha emsuas mos umpedao de plsticodtil, como o de uma sacola de lixo. Experimente tensionar esse pedao de plstico

    sem deform-lo e sentir o quanto ele resiste ao seu esforo sem deformar-se. Tensione-o novamente na mesma

    direo, porm dessa vez deformando-o (esticando-o) mas sem romp-lo. E agora tente estic-lo novamente, na

    mesma direo, e sinta o quanto ele resiste ao seu esforo sem deformar-se ulteriormente. Se o experimento foi

    feito adequadamente,o leitor ter percebido que aps a deformao inicial, o material se tornou mais resistente.

    Isso se deve ao alinhamento das molculas que compem o plstico na direo da solicitao devido deformao

    sofrida no primeiro momento. Essa deformao, em ltima instncia, faz com que uma maior quantidade de

    molculas do material se alinhe na direo de maior solicitao que, no caso, com o alinhamento, se torna a direo

    de maior resistncia. Ora, tal alinhamento imprime uma anisotropia ao material (se depois da primeira parte da

    experincia acima o leitor tensionar o material na direo perpendicular da deformao inicial, ele se mostrar

    menos resistente). Anisotropia se ope a isotropia. Esta ltima quer dizer que o material tem as mesmas

    propriedades (resistncia, elasticidade, etc) em todas as direes possveis. Logo, a anisotropia quer dizer que as

    propriedades dependem da direo em que a solicitao aplicada ao material.

    Com isso se entende o porque do uso de fibras. que por terem em geral uma dimetro extremamente pequeno (de

    ordem micromtrica), a densidade de ligaes atmicas na direo longitudinal em um feixe de fibras muito maior

    que em qualquer outra direo, aproximando as caractersticas de um feixe de fibras s caractersticas ideais de uma

    macromolcula individual. Em outros termos, como se toda a resistncia somada de todas as ligaes atmicas domaterial se concentrassem na direo longitudinal do feixe, conferindo a este uma extrema anisotropia.

    Os processos de produo das fibras desde suas matrias primas variam de acordo com o tipo de fibra. Em alguns

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    http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/3/ 2/29

    casos so complexos e envolvem segredos industriais quanto aos detalhes especficos. Faremos uma breve aluso a

    isso em cada caso. Mas aquilo que aqui nos interessa primariamente to somente o que os fabricantes nos

    fornecem. Em outros termos, o que que compramos quando compramos essas fibras?

    Microestrutura dos filamentos de fibra de carbono com ampliao de 2000 vezes. De (a) a (d (10000x)), possvel acompanhar o crescimento de

    ndulos em torno dos filamentos, que derivam do processo de tratamento qumico da superfcie destes. Fonte: Bin, Sureshkumar e Kardos,

    Chemical Engineering Science, 56, 6563-75 (2001).

    O produto elementar so filamentos contnuos, reunidos em feixes que somam milhares desses filamentos (se

    especifica como 1k, 3k, 6k, 12k, etc. um feixe de mil, trs mil, seis mil, 12 mil, etc. filamentos). Nestes feixes,

    conhecidos em ingls como tows, os filamentos podem estar ou no perfeitamente alinhados em paralelo; podemou no estar torcidos (girando em torno de um eixo como as roscas de um parafuso), e podem ou no terem sido pr-

    tratados quimicamente em geral para proteg-los das adversidades do ambiente e melhorar a compatibilidade

    entre as fibras e as matrizes.

    http://i2.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/fibra-de-carbono-microestrutura.jpg
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    Um feixe ou tow de fibra de carbono reunindo milhares de filamentos. A rgua ao lado d uma dimenso

    do material.

    Estes feixes so ento enrolados em bobinas e, literalmente, vendidos ao quilo! O fabricante do material, ou ento

    algum produtor intermedirio, pode ento, atravs de tradicionais tecnologias txteis, usar esse material como

    matria prima para a produo de tecidos. Estes tecidos, por sua vez, podem ser feitos segundo diversos padres e

    tramas diferentes. A mais simples aquela bidirecional, tambm conhecida como plain, onde os feixes se cruzam

    em xadrez em ngulos de 0 e 90. Variaes desta incluem a trama twill e satin, em que o padro xadrez

    substitudo por outros, embora se mantenha o alinhamento de 0 e 90. Podem ser tambm feitos tecidos

    unidirecionais, em que todos os filamentos so alinhados paralelamente uns aos outros, enquanto a intervalos

    regulares um filamento transversal disposto de forma a manter as fibras unidirecionais na devida posio. Formas

    mais complexas envolvem direes diversas de 0 e 90, ou a incluso em uma trama plain de feixes que se cruzam

    tipicamente a 45, 30 ou 60. Recentemente, foram desenvolvidas inclusive alguns tecidos tridimensionais.

    Tecido de fibra de carbono unidirecional.

    http://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-unidirecional-800x600.jpghttp://i0.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/fibra-de-carbono-tow.jpg
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    http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/3/ 4/29

    Na prtica, enfim, o tipo de trama limitado apenas pela tecnologia txtil e pela criatividade e demanda das

    respectivas indstrias. No entanto, o tipo de tecido a ser escolhido para a produo de um determinado componente

    ou a escolha de produzi-lo a partir dos tows extremamente dependente da aplicao e das solicitaes mecnicas

    a que o componente estar sujeito, alm da eficincia econmica que pode proporcionar. Vejamos ainda mais de

    perto algumas caractersticas das fibras.

    Continue para saber mais sobre as fibras de carbono.

    >>

    Arquivado em: Materiais, Tecnologia

    Palavras-Chave: CFRP, CMC, Compsitos, Epoxy, Fibra aramida, Fibra de carbono, Fibra de vidro, GFRP, Kevlar, Materiais compsitos, Matrizes,

    Matrizes cermicas, Matrizes metlicas, Matrizes polimricas, MMC, Resinas, Resinas termoendurentes, Termoplsticos

    Comentrios

    Thomasdiz

    17 de outubro de 2012 s 14:33

    Adorei a analogia com a construo civil para materiais compsitos.

    Estamos trabalhando na divulgao das mquinas que fabricam a manta de reforo para os

    compsitos utilizados na aeronutica.

    So mquinas especiais, chamadas de multiaxiais, que trabalham com filamentos de fibra-de-

    vidro ou fibra-de-carbono.

    Gostei do artigo.

    Responder

    Pedro diz

    18 de novembro de 2012 s 23:33

    Excelente material de conhecimento. Parabns ! ! !

    Responder

    Francisco Rodrigues diz

    6

    http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/#printhttp://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=email&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=linkedin&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=google-plus-1&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=twitter&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?share=facebook&nb=1http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?replytocom=73#respondhttp://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/#comment-73http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/?replytocom=59#respondhttp://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/#comment-59http://www.rivitex.com.br/http://www.aviacao.org/tag/termoplasticos/http://www.aviacao.org/tag/resinas-termoendurentes/http://www.aviacao.org/tag/resinas/http://www.aviacao.org/tag/mmc/http://www.aviacao.org/tag/matrizes-polimericas/http://www.aviacao.org/tag/matrizes-metalicas/http://www.aviacao.org/tag/matrizes-ceramicas/http://www.aviacao.org/tag/matrizes/http://www.aviacao.org/tag/materiais-compositos/http://www.aviacao.org/tag/kevlar/http://www.aviacao.org/tag/gfrp/http://www.aviacao.org/tag/fibra-de-vidro/http://www.aviacao.org/tag/fibra-de-carbono/http://www.aviacao.org/tag/fibra-aramida/http://www.aviacao.org/tag/epoxy/http://www.aviacao.org/tag/compositos/http://www.aviacao.org/tag/cmc/http://www.aviacao.org/tag/cfrp/http://www.aviacao.org/tecnologia/http://www.aviacao.org/tecnologia/materiais/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/18/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/4/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/9/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/8/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/7/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/6/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/5/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/4/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/2/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/2/http://www.aviacao.org/especiais/materiais-compositos/4/
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    Home> Articles> Materiais compsitos na aviao

    Tecido de fibra de carbono com a trama twill 22.

    Fibras de carbono

    MATERIAIS COMPSITOS NA AVIAO

    Osmateriais que prometem reduzir o peso e o consumo das aeronaves

    modernas24 de maio de 2012 por Rodrigo Zanatta 53 Comentrios

    ltima atualizao: 2 de maio de 2015

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    http://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://www.aviacao.org/news/http://www.aviacao.org/aircraft/http://www.aviacao.org/article/http://www.aviacao.org/https://adclick.g.doubleclick.net/pcs/click?xai=AKAOjsuNFmowscWBb1tOYXj0PKFt-V8zUaJwmwFCbNWVnrkJissmdGzT5gGe_8lktZO6bOv3MdXiK6AQ4FnXOoeGlhvdyA1GxRBLLg1DONLhadgpmZPiJ-qQA_Y-4Qf8pipJm6I6M0d0xLtHKu2EJkUbi5LnGsmG9OJJCpiTexGUfOA-z4xYkTYGIYKZG0HgdDDfxr_pttjs4kI5YZfU687kpJZQDSm5w2a8Rj3cg7kJcHEidbwSM0yXGyg-Tw5ppsPcZMXmp88fk4OLMWA1adad7a-rjIZITT4hzqmrVBYnFjWA_SJR-IhNqHusAtOjkePJ7mMwtAz5YFns3YDF60if_a-WG1gVKnwUVdVviPjI07aAXFpTXWlwuX0dtaFlcjJ3aUlpjgxNUrx2T0RIAEf_CHutAeE7lKmpiIt4_fkLlKYZ583B7y6WfUoUG9Ce_4AXeij5W5kE6qQcc6NHVTlnkIO8zDpy6gWk-MPPWhhoc6pX3kWEK0GU7myBN_PdTJKGOeLTkv_Vg9NmPo5sDCxua3MCbnt4zTwXUqYKPaKE16p5JprMxCX5WI9RLL2m_RRqUTkD_lYsR6cPogeJzRj0m6lVgUWjnflKe4gVcqrt31Piy5b8_MaLkVZggT4UHi-FB-EDXNNLxQ&sig=Cg0ArKJSzL-5DkiPkhYV&urlfix=1&adurl=http://www.google.com/intx/pt/work/apps/business/products/gmail/index.html%3Futm_source%3Dgdn%26utm_medium%3Ddisplay%26utm_campaign%3Demea-pt-pt-gmail-ctxt-all-trial-121677031%26utm_content%3Dpuppyscrubber-gifhttp://www.aviacao.org/newsletter/http://br.linkedin.com/in/aviacaohttp://www.twitter.com/aviacao_orghttp://www.facebook.com/aviacao.orghttp://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/#commentshttp://www.aviacao.org/author/rodrigozanatta/http://i1.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-carbono-twill-2x2-800x600.jpghttp://www.aviacao.org/article/http://www.aviacao.org/http://www.aviacao.org/
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    As fibra de carbono, erroneamente chamadas s vezes de grafite, so sem sombra de dvida as mais famosas e a

    mais cobiadas. De colorao grafite escura (no existe fibra de carbono de outra cor!), uma de suas propriedades

    mais negativas, no entanto, seu alto custo. O metro quadrado de um tecido plain de fibra de carbono de

    qualidade aeroespacial pode custar mais de R$ 200,00 (em comparao aos R$ 5,00 ou R$ 10,00 da fibra de vidro), o

    que frequentemente limita seu emprego a componentes de extrema solicitao mecnica. Alm disso, deve-se

    observar que as fibras de carbono so produzidas segundo especificaes diversas, sendo que somente as mais

    rgidas, resistentes e caras tem propriedades adequadas ao uso aeroespacial.

    O elemento carbono, de fato, oferece o melhor exemplo sobre como diversos materiais feitos basicamente do

    mesmo elemento podem ter propriedade significativamente diversas. Basta evocar a diferena entre o diamante e o

    grafite (usado como lubrificante). desnecessrio salientar as diferenas. Basta lembrar que ambos so carbono

    puro, porm dispostos e ligados entre si de forma diversa. No caso das fibras, segundo o princpio do experimento

    descrito na pgina anterior, pode-se dispor de longas molculas cujo esqueleto composto de tomos de carbono

    ligados entre si, dando a estas as propriedades que tem.

    As fibras so produzidas basicamente a partir de precursores orgnicos. Entre estes, as fibras usadas em aplicaes

    aeroespaciais so aquelas que derivam das fibras de poliacrilonitrila (PAN). Fibras de qualidade um pouco inferior soproduzidas a partir de diversos tipos de piche. O processo de produo das fibras de carbono a partir da PAN

    relativamente complexo e envolve etapas de extruso, tensionamento, tratamento trmico, oxidao, carbonizao,

    e etc. Consequentemente, o resultado so fibras de alta qualidade (alto mdulo elstico e resistncia trao) e alto

    custo. J os processos de produo a partir do piche so mais simples, porm as fibras resultantes no apresentam

    a mesma qualidade e no so adequadas para uso aeroespacial.

    O vdeo abaixo (15 minutos, em ingls) oferece um pequeno insight sobre o processo de fabricao das fibras de

    carbono. No caso, trata-se da SGL, fornecedora e subsidiria da BMW.

    An Inside Look at BMW's Carbon Fiber Manufacturing Process

    Uma das principais vantagens das fibras de carbono , sem dvida, sua altssima resistncia especfica (uma

    propriedade especfica a razo entre a propriedade e massa ou densidade) s solicitaes de tenso, podendo

    superar em mais de 5 vezes a resistncia especfica das ligas de ao. Em outros termos, por exemplo, se um feixe de

    fibra de carbono cujo peso de 0,1 kgf pode suportar um peso de 100 kgf, ento para suportar o mesmo peso um

    cabo de ao pesaria em torno de 0,5 kgf. Trata-se, sem dvida, de uma caracterstica extremamente atraente, que

    https://www.youtube.com/watch?v=kaoq8Mc4xxw
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    permite uma reduo de at 25% no peso mximo de decolagem de uma tpica aeronave comercial que emprega

    ostensivamente os compsitos de fibra de carbono.

    Elas tambm costumam ter um mdulo elstico muito alto. Isso quer dizer que so extremamente resistentes

    deformao. Seguindo o exemplo acima, e partindo do pr-suposto de que o mdulo elstico do ao seja menor que

    o da fibra de carbono (o que normalmente o caso), o cabo de ao se deformaria (isto , se esticaria) mais que o feixe

    de fibra de carbono sob solicitaes idnticas. Quanto a isso, convm neste ponto distinguir entre a deformao

    elsticae a deformao plstica. A primeira aquela que, retirada a solicitao, no impede que o material retorne ssuas dimenses iniciais. No segundo caso, porm, a deformao altera a disposio microestrutural do material, e

    retirada a solicitao, o material permanece permanentemente deformado.

    Com isso podemos apresentar uma das principais desvantagens das fibras de carbono. Mas para isso necessrio

    introduzir ainda alguns conceitos elementares da mecnica dos materiais: chamam-se dcteis os materiais que

    sofrem uma boa quantidade de deformao plstica antes de romperem-se, e de frgeis os materiais cujo limite

    elsticocoincide muito proximamente como a resistncia mxima a trao. O limite elstico a quantidade mxima

    de solicitao que pode ser aplicada a um material para que sua deformao permanea em campo elstico. Pois

    bem: as fibras de carbono, e os compsitos com ela reforados, so frgeis.

    Traduzindo: ao pendurarmos os 50 kgf no cabo de ao acima, ele ter se deformado um pouco, mas tal deformao

    permanecer elstica. Ao dobrarmos a solicitao pendurando mais 50 kgf o cabo de ao estar em seu limite

    elstico. Ao acrescentarmos mais 0,1 kgf o cabo supera o seu limite elstico e comea a sofrer deformao plstica.

    Ao mesmo tempo, devido a fenmenos como o descrito no experimento sugerido anteriormente, sua resistncia

    aumenta, e ser necessrio solicit-lo ainda mais para que continue a se deformar plasticamente. No entanto, em um

    determinado ponto, ao chegarmos aos 150 kgf por exemplo, o cabo se rompe definitivamente. Este o limite ltimo

    de resistncia trao.

    Repetindo o mesmo processo com o feixe de fibra de carbono, observa-se que esta se deforma elasticamente muito

    pouco at atingir o seu limite (que supomos acima de 100 kgf, mas que normalmente bem maior que o do ao),

    quando, sem qualquer deformao plstica, se rompe definitivamente. Isso constitui uma desvantagem por duas

    razes bsicas. A primeira que a deformao plstica no implica em uma completa falha estrutural, e

    eventualmente mais interessante que um componente se deforme antes de se romper, pois permite que a falha

    seja detectada atravs das inspees de rotina. A segunda que a deformao plstica sinnimo de absoro de

    energia, o que implica que os compsitos reforados com fibra de carbono so muito pouco capazes de absorver

    energia e logo, tem comportamento inaceitvel em relao, por exemplo, a impactos (basta evocar uma imagem de

    um acidente de frmula 1 em que o carro se despedaa aos ares e compar-la com um normal acidente rodovirio).

    O vdeo abaixo mostra o teste de solicitao com uma amostra de compsito carbono/epoxy solicitado em trao. A

    mquina de testes imprime um esforo cada vez maior, at que ao atingir o limite elstico da amostra, est se rompe

    subitamente.

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    Tension testing 2

    O mesmo teste efetuado com um metal provocaria primeiro uma deformao plstica considervel, e s depois o

    rompimento definitivo.

    A rigidez das fibras de carbono (alto mdulo elstico) pode ser particularmente interessantes quando

    extremamente necessrio que um determinado componente no se deforme ou se deforme muito pouco sob uma

    determinada solicitao, como frequentemente ocorre no caso aeronutico (lembremos que a deformao de uma

    asa, por exemplo, implica em uma alterao aerodinmica que pode comprometer o desempenho da aeronave). Por

    outro lado, uma quantidade limitada de deformao (elstica) pode ser desejada, quando se quer por exemplo

    suavizar o impacto de rajadas de vento, e neste caso o uso da fibra de carbono como reforador deve ser bemestudado. Apesar das desvantagens apresentadas, um bom projeto pode fazer uso das fibras de carbono

    satisfatoriamente, minimizando os riscos de se sair do campo elstico e assim desfrutando da sua resistncia e baixo

    peso.

    Em seguida, trataremos das fibras aramidas (Kevlar)

    >>

    Arquivado em: Materiais, Tecnologia

    Palavras-Chave: CFRP, CMC, Compsitos, Epoxy, Fibra aramida, Fibra de carbono, Fibra de vidro, GFRP, Kevlar, Materiais compsitos, Matrizes,

    Matrizes cermicas, Matrizes metlicas, Matrizes polimricas, MMC, Resinas, Resinas termoendurentes, Termoplsticos

    Comentrios

    Thomasdiz

    17 de outubro de 2012 s 14:33

    6

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    Fibras aramidas (Kevlar)As fibras aramidas, normalmente chamadas de Kevlar, tem colorao amarelada e so menos conhecidas do pblico

    em geral, embora sejam muito famosas e apreciadas entre soldados e policiais. Isso porque muitas vezes so elas a

    matria prima principal de seus coletes a prova de bala. No entanto, foram as primeiras a se mostrarem adequadas a

    aplicaes estruturais em campo aeronutico. Seu custo normalmente inferior ao das fibras de carbono de

    qualidade aeroespacial, mas ainda bem superior ao das fibras de vidro.

    MATERIAIS COMPSITOS NA AVIAO

    Os materiais que prometem reduzir o peso e o consumo das aeronaves

    modernas24 de maio de 2012 por Rodrigo Zanatta 53 Comentrios

    ltima atualizao: 2 de maio de 2015

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    Tecido de Kevlar trama twill 22.

    Uma de suas propriedades mais importantes a sua altssima resistncia ao cisalhamento. Na verdade, realmente

    muito difcil at mesmo cortar um feixe de Kevlar com uma tesoura comum sem danific-la depois de muito pouco

    tempo de uso (a tesoura). Isso faz das fibras aramidas um material balstico importante, capaz de suportar fortesimpactos localizados, alm de serem significativamente leves e terem uma importante resistncia trao (no

    entanto, menor que a das fibras de carbono, mas superior do alumnio).

    As fibras aramidas so capazes de absorver uma grande quantidade de energia durante a fratura. Isso resulta da sua

    resistncia fratura, evidentemente, mas tambm da sua capacidade de sofrer deformao plstica sob compresso

    e principalmente do fato que tendem a desfibrilar durante a fratura sob tenso.

    Seu uso aeronutico principal , como era de se esperar, em componentes e superfcies sujeitas a impactos (por

    exemplo, em polainas, carenagens, bordos de ataque de asas, empenagens, blindagem de hlices, etc.). Alm disso, oKevlar pode ser um bom substituto das fibras de carbono em algumas partes da fuselagem, especialmente aquelas

    que alojam sistemas de comunicao, navegao e radares, visto que as fibras de carbono so eletro-opacas e

    prejudicam significativamente a passagem de ondas eletromagnticas, ao passo que as fibras aramidas so boas

    dieltricas.

    Uma das principais desvantagens do Kevlar a sua difcil manuseabilidade. Como dito, trata-se de um material muito

    resistente ao cisalhamento, e todo o trabalho de cort-lo pode ser muito complicado. Alm disso, sua capacidade de

    absoro de resinas (para a matriz) bem reduzida, o que exige uma ateno especial e um rgido controle na

    produo de componentes.

    O processo de produo das fibras aramidas relativamente complexo. Basta dizer que estas se baseiam em cadeias

    polimricas aromticas de poliamidas, semelhantes ao nylon, e so produzidas atravs de extruso em uma soluo

    de cido sulfrico. O resultado final uma estrutura que consiste em grande parte em grupos de cadeias polimricas

    http://i2.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Tecido-de-Kevlar-trama-twill-2x2.jpg
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    alinhadas e cristalinas, separadas umas das outras e debilmente ligadas entre si.

    De uma maneira geral, o que foi dito acima a respeito de elasticidade e fragilidade em relao s fibras de carbono

    vale tambm para as fibras aramidas. Exceto que, no caso destas, pode-se contar com uma certa deformao plstica,

    que se manifesta muito rapidamente em compresso, e que ocorre como desfibrilao em tenso. Convm, portanto,

    tomar cuidado com o termo frgil, que no sinnimo de fraco, mas sim de ausncia de ductilidade ou de

    deformao plstica. As fibras aramidas tem uma resistncia ltima inferior das fibras de carbono, porm so

    capazes de absorver muito mais impacto que estas.

    O vdeo abaixo (vdeo promocional da DuPont) mostra como paredes reforadas com Kevlar podem resistir a fortes

    impactos (no caso, se trata de paredes projetadas para resistir a impactos derivados de escombros durante

    tempestades).

    Apesar de uma boa resistncia tenso, a interface entre o Kevlar e qualquer matriz tende a ser problemtica, e ao

    trabalhar em tenso podem surgir problemas de delaminao indesejveis que, em ltima instncia, levam a falhas

    estruturais graves. Some-se a isso uma tendncia a absorver umidade, que implica na necessidade de um rigoroso

    controle das condies ambientais durante a produo de um componente, e a tendncia a ter suas propriedades

    degradadas sob efeito da radiao ultravioleta, o que no um srio problema quando o componente reforado temum simples tratamento superficial, como por exemplo a pintura.

    Da mesma forma que com as fibras de carbono, as fibras aramidas so fornecidas em diferentes especificaes, e

    deve-se selecionar bem o material a ser utilizado segundo os requisitos do projeto e a finalidade da aplicao. Os

    tipos mais comuns (entre os fornecidos pela DuPont) so o Kevlar 29, o 49 e o 149, caracterizados por terem boas

    propriedades balsticas, estruturais e de rigideza, respectivamente.

    Apresentamos em seguida as fibras de vidro.

    6

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    Fibras de vidroAs fibras de vidro so, longe de qualquer dvida, o material reforador mais conhecido. Muito provavelmente o leitor

    ter alguma experincia com ela. Seja porque j construiu alguns aeromodelos, ou seja porque j fez algum reparo

    em alguma caixa dgua, carenagem ou caiaque.

    Infelizmente, estamos familiarizados a umaidia de fibra de vidro muito ligada a um uso precrio que se faz desse

    excelente material em outras aplicaes que no as aeroespaciais. Qualquer um j ter tido contato com uma

    manta (um emaranhado de fragmentos de fios dispersos aleatoriamente), ou algo do gnero. No entanto, assim

    como no caso da fibra de carbono e do Kevlar, tambm as fibras de vidro so produzidas com diferentes qualidades e

    especificaes, e fornecidas em diferentes formatos.

    MATERIAIS COMPSITOS NA AVIAO

    Os materiais que prometem reduzir o peso e o consumo das aeronaves

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  • 7/25/2019 Compilao Compositos

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    http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/6/ 2/28

    Tecido de fibra de vidro com trama plain.

    As fibras de vidro de alta prestao sem dvida tem aplicao aeroespacial, e se tornaram muito usadas pela

    indstria aeronutica desde os anos 60, seja no campo da aviao experimental mas tambm em aplicaes

    secundrias tais como carenagens, graas a seu baixo custo.

    A matria prima das fibras de vidro , obviamente, o vidro. Para ser mais preciso, o dixido de silcio (SiO )

    associado a outros xidos. O material fuso extrado da caldeira fazendo-o passar por um dispositivo feito de uma

    liga de platina e rdio cheio de pequenos furos micromtricos. As gotas que surgem do outro lado so puxadas a

    alta velocidade e esticadas, formando as fibras que so reunidas nos feixes. Desnecessrio dizer que tal processo

    ocorre sob um controle rigoroso da temperatura e de outros parmetros ao longo de sua vrias etapas.

    Distinguem-se basicamente dois tipos de fibra de vidro: o E-glass e o S-glass. As primeiras tem resistncia

    especfica e mdulo elstico especfico ligeiramente inferior s segundas. A fibras de vidro E derivam de um vidro

    ligado com clcio, alumina e silicato de boro. O E se refere a eltrico, por serem essas fibras mais resistentes

    conduo eltrica que as fibras S. So longe de dvida o tipo mais usado em aplicao no aeroespaciais. As fibras

    S por sua vez, baseiam-se em um vidro composto com magnsio e silicato de alumina, onde o S se refere a

    resistncia (do ingls strength). So um pouco mais difceis de se obter e, por isso, mais custosas.

    Em geral, as fibras de vidro so significativamente menos resistente que as fibras de carbono, e possuem um mdulo

    de elasticidade significativamente inferior, o que inviabiliza seu uso em estruturas que exigem rigidez. J em termos

    de peso e resistncia, elas so comparveis em muitos aspectos ao alumnio.

    Outras fibras

    2

    http://i2.wp.com/www.aviacao.org/wp-content/uploads/2010/12/Fibra-de-vidro-trama-plain.jpg
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    http://www.aviacao.org/article/materiais-compositos/6/ 3/28

    Os materiais reforadores no se limitam s fibras acima descritas. Esto sempre presentes no horizonte pesquisas e

    desenvolvimentos de outros materiais que podem aprimorar os aspectos negativos sem perder muito nos aspectos

    positivos das fibras apresentadas.

    Em primeiro lugar, podemos citar os tecidos hbridos, em geral feitos a partir das fibras acima referidas, em que se

    usam tipos diversos de fibras em direes diversas. No entanto, no se trata a propriamente de um outro tipo de

    fibra, mas simplesmente de uma combinao de fibras diversas na fabricao de tecidos.

    Entre as outras fibras, podemos citar por exemplo as fibras de boro. Graas s suas propriedades de resistncia

    compresso, foram amplamente utilizadas na fabricao do estabilizador horizontal do F-111 e no leme do F-4, para

    citar apenas alguns casos. No entanto, seu altssimo custo ainda limita muito o seu emprego.

    H tambm fibras de carbeto de silcio, fibras de polietileno, de nylon, etc. Mas no entraremos nos detalhes desses

    casos por serem escassamente utilizadas em campo aeronutico.

    Passemos agora outra parte dos compsitos, isto , as matrizes.

    >>

    Arquivado em: Materiais, Tecnologia

    Palavras-Chave: CFRP, CMC, Compsitos, Epoxy, Fibra aramida, Fibra de carbono, Fibra de vidro, GFRP, Kevlar, Materiais compsitos, Matrizes,

    Matrizes cermicas, Matrizes metlicas, Matrizes polimricas, MMC, Resinas, Resinas termoendurentes, Termoplsticos

    Comentrios

    Thomasdiz

    17 de outubro de 2012 s 14:33

    Adorei a analogia com a construo civil para materiais compsitos.

    Estamos trabalhando na divulgao das mquinas que fabricam a manta de reforo para os

    compsitos utilizados na aeronutica.

    So mquinas especiais, chamadas de multiaxiais, que trabalham com filamentos de fibra-de-

    vidro ou fibra-de-carbono.

    Gostei do artigo.

    Responder

    Pedro diz

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    MatrizesA matriz o material no qual as fibras so mergulhadas. Elas podem ser subdivididas em 3 grandes grupos. O

    primeiro e mais comum o grupo das matrizes polimricas, popularmente conhecidas como resinas e que podem

    ser termoendurentes (em ingls: themosetting) ou termoplsticas. O segundo grupo o das matrizes metlicas

    que podem envolver virtualmente qualquer metal. Por fim, temos as matrizes cermicas. Cada grupo tem

    propriedades tpicas distintas queapresentam vantagens e desvantagens.

    Em geral, costuma-se indicar como PMC (Polymer Matrix Composites) os compsitos cuja matriz polimrica, como

    MMC (Metal Matrix Composites) os compsitos cuja matriz metlica e, claro, como CMC os compsitos de matriz

    cermica (Ceramic). Uma forma mais precisa de indicar os constituintes do compsito no formato

    reforo/matriz. Assim, carbono/epoxy quer dizer um compsito reforado com fibras de carbono em uma matriz

    polimrica de resina epoxy. Ou ainda: carbono/alumnio, ou carbono/carbono. A primeira se refere a uma matriz

    metlica, ao passo que o segundo carbono na segunda se refere a uma matriz cermica. Outras siglas normalmente

    usadas para o caso de matrizes polimricas so GFRP e CFRP, respectivamente para Glass Fiber Reinforced Polymers

    (ou Plastics) e Carbon Fiber Reinforced Polymers (ou Plastics).

    Como j tivemos a oportunidade de indicar nas pginas anteriores, as funes primrias das matrizes so estabilizar a

    forma do componente e transmitir as foras entre as fibras. Acrescentamos ainda que ao manter separadas um fibra

    da outra, a matriz promove a resistncia a fadiga do material, pois impede que fibras adjacentes propaguem uma

    falha. Isso particularmente verdadeiro para as matrizes de tipo polimrico.

    Uma grande desvantagem destas ltimas sua baixssima capacidade de cumprir sua funo em ambientes cuja

    temperatura pouco maior que 100. Essa uma das principais razes pelas quais a imensa maioria das aeronaves

    construdas com compsitos de vidro/epoxy ou de carbono/epoxy so pintados de branco, especialmente entre osexperimentais. que a cor branca a que menos absorve calor atravs de radiao, impedindo que a temperatura

    nas superfcies em questo atinjam valores inaceitveis. Essa , tambm, uma das principais razes de se introduzir

    compsitos com matrizes metlicas e cermicas, muito mais tolerantes a altas temperaturas. De fato, justamente

    MATERIAIS COMPSITOS NA AVIAO

    Os materiais que prometem reduzir o peso e o consumo das aeronaves

    modernas24 de maio de 2012 por Rodrigo Zanatta 53 Comentrios

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    de compsitos de carbono/carbono que feita a barreira de proteo trmica do nibus espacial, onde a

    temperatura pode chegar a 3000C na reentrada.

    Matrizes polimricasAs propriedades mecnicas de um componente que so particularmente afetadas pelas propriedades de uma matriz

    polimrica so a resistncia a compresso longitudinal, a trao transversal e a resistncia ao cisalhamento inter-

    laminar. Estas so normalmente chamadas de propriedades dominadas pela matriz.

    Como o nome indica, matrizes polimricas so constitudas basicamente de polmeros. Estes, por sua vez so longas

    cadeias moleculares cujo esqueleto geralmente feito de tomos de carbono. O arranjo geral dessas cadeias

    polimricas frequentemente descrito como um arranjo em espaguete, por se assemelhar microscopicamente a

    um prato de espaguete. Entre os dois grupos que examinaremos abaixo a grande diferena reside no seguinte: no

    caso das resinas termoendurentes, os espaguetes, isto , as molculas, se ligam umas as outras em vrios pontos

    atravs de ligaes covalentes fortes a isso se d o nome de cross-linking -, ao passo que nos termoplsticos as

    ligaes intermoleculares so fracas, conhecidas como ligaes de Van der Waals.

    Isso determina que as primeiras tenham propriedades mecnicas mais atraentes que as segundas. No entanto, estas

    ltimas tem a enorme vantagem de poderem ser remodeladas atravs de processos trmicos. De uma maneira

    geral, a principal desvantagem das matrizes polimricas sua baixa tolerncia temperatura.

    Vejamos agora as matrizes termoendurentes.

    >>

    Arquivado em: Materiais, Tecnologia

    Palavras-Chave: CFRP, CMC, Compsitos, Epoxy, Fibra aramida, Fibra de carbono, Fibra de vidro, GFRP, Kevlar, Materiais compsitos, Matrizes,

    Matrizes cermicas, Matrizes metlicas, Matrizes polimricas, MMC, Resinas, Resinas termoendurentes, Termoplsticos

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    Thomasdiz

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    Adorei a analogia com a construo civil para materiais compsitos.

    Estamos trabalhando na divulgao das mquinas que fabricam a manta de reforo para os

    compsitos utilizados na aeronutica.

    So mquinas especiais, chamadas de multiaxiais, que trabalham com filamentos de fibra-de-

    vidro ou fibra-de-carbono.

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    Resinas polister

    Um outro grupo de resinas amplamente difundido o das resinas polister. No se deve confundi-las com outros

    produtos de base polister, como por exemplo tintas e vernizes. Uma forma inconfundvel de reconhecer as resinas

    polister atravs de seu terrvel odor. Qualquer um que j tenha estado por perto enquanto um componente

    (normalmente caixas d gua, piscinas e reparos em geral) estava sendo feito com essas resinas saber reconhec-la.

    Elas se diferem das resinas epoxy tanto no que diz respeito aos mtodos de manuseio e fabricao como tambm no

    que se refere s suas propriedades. E isso, evidentemente, se fundamente em diferenas qumicas de base.

    Emprimeiro lugar, importante ressaltar o fato que assim como os sistemas epoxy, os sistemas polister incluem a

    resina propriamente dita, e um catalizador. No entanto, diferentemente do que ocorre com as resinas epoxy, aqui

    no h uma relao estequiomtrica precisa entre resina e catalizador a ser respeitada. Pelo contrrio, dentro de

    uma certa faixa de tolerncia, o aumento ou a diminuio da quantidade de catalizador administrado no processo

    implica, respectivamente, em um aumento ou uma diminuio da velocidade do processo de cura.

    Normalmente a quantidade de catalizador administrada muito pequena (em torno de 0,5 a 3% em peso da resina),

    e seu efeito o de iniciar as reaes qumicas que promovero o cross-linking dos radicais livres de base da resina e o

    conseqente endurecimento do componente. Isso possibilita um maior controle sobre o tempo de cura que o que se

    pode ter com as resinas epoxy. No entanto, tal processo extremamente exotrmico, o que pode danificar no s

    partes do prprio componente que est sendo construdo, como os moldes e outros acessrios usados para a

    fabricao.

    Embora a razo estequiomtrica no seja um fator muito importante no caso dos sistemas polister, a variao na

    quantidade de catalizador tambm implica em uma variao nas propriedades do componente final. Com isso, podemocorrer casos em que a cura final fique incompleta, especialmente nas superfcies expostas, o que pode ser verificado

    facilmente pelo toque, quando se percebe uma certa e constante umidade na superfcie do componente.

    MATERIAIS COMPSITOS NA AVIAO

    Os materiais que prometem reduzir o peso e o consumo das aeronaves

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  • 7/25/2019 Compilao Compositos

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    O processo de cura semelhante ao caso das resinas epoxy, exceto que no estado de gel, enquanto nestas ltimas a

    velocidade do processo diminui, no caso das resinas polister essa velocidade aumenta. A isso corresponde a enorme

    liberao de calor (exotermia) que caracteriza a cura dessas resinas.

    As principais vantagens das resinas polister so 1) a baixa viscosidade, o que permite uma fcil impregnao das

    fibras e 2) baixssimo custo. No entanto, o 1) alto nvel de encolhimento e a elevada exotermia prejudicam a interface

    fibra/matriz, o que resulta em piores qualidades mecnicas, a 2) fragilidade e a 3) baixa tolerncia a ataques qumicos

    so desvantagens importantes que limitam enormemente o emprego dos sistemas polister em aplicaesaeroespaciais.

    Outras resinas

    Assim como no caso das fibras, existem outros sistemas de resina que, embora menos conhecidos no so por isso

    menos eficientes. Alm disso, muita pesquisa hoje voltada especialmente para o desenvolvimento de sistemas que

    possam melhorar o desempenho dos sistemas termoendurentes, especialmente no que diz respeito tolerncia a

    altas temperaturas.

    O primeiro grupo que mencionamos o das resinas vinil-ster. So algo intermedirio entre as resinas epxy epolister, combinando a facilidade de manuseio das ltimas com a resistncia qumica das primeiras. Elas tem

    melhores qualidades mecnicas e no apresentam tantos problemas de interface com as fibras, como no caso das

    resinas polister. No entanto, tem alto custo e sua taxa de encolhimento bem maior que nas resinas epxy.

    As resinas fenolticas so um segundo grupo. Apesar de apresentar propriedades mecnicas inferiores que as resinas

    epxy, terem um alto custo e serem de difcil manuseio ( necessrio usar presses elevadas, criam-se muitas

    bolhas e ela tem uma colorao marrom escura que dificulta a inspeo visual), apresentam uma importante

    vantagem: so particularmente resistentes a altas temperaturas e, em especial, tem boas propriedades ablativas,

    sendo resistentes a chamas. Componentes feitos a partir de resinas fenolticas podem no ter boas caractersticasmecnicas, mas podem ser apropriadamente usados como retardantes de chamas.

    Outros grupos que tem recebido muita ateno e fundos de pesquisa o das resinas bismaleimidas e das resinas

    polimidas. Ambas apresentam caractersticas mecnicas e qumicas comparveis s resinas epxy, no entanto so

    muito mais tolerantes a altas temperaturas. As primeiras tem uma temperatura de transio que pode chegar a

    300C, ao passo que as segundas podem chegar a 400C (dependendo da formulao especfica). A maior

    desvantagem desses sistemas, no entanto, seu altssimo custo e dificuldade de processamento, especialmente em

    relao s polimidas, o que at hoj