COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Nº 175023

Compósitos estruturais em fibra de carbono: definições, propriedades, manufatura e aplicações Sérgio Luiz Nascimento Jr

Palestra apresentada no Universidade de

Brasília 2017. A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________

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COMPÓSITOS ESTRUTURAIS

EM FIBRA DE CARBONO definições, propriedades, manufatura e aplicações

Sérgio Luiz Nascimento Jr Lightweight Structures Laboratory/Instituto Tecnológico de Aeronáutica

Agenda

- Introdução - Definições - Propriedades - Processos de manufatura - Aplicações

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Introdução

3

Introdução

4

Definições

Compósitos

Materiais distintos combinados para formar um terceiro material com propriedades superiores aos constituintes individuais, quando considerados sozinhos.

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Definições

Propriedades aprimoradas

- Resistência - Rigidez - Peso - Vida útil em fadiga - Condutividade térmica - Isolamento acústico - Resistência a corrosão

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Definições

Vantagens - Custos operacionais menores quando

comparados com metais - Trade-off – custos iniciais mais caros,

rentáveis a longo prazo - Possibilidade de reuso de matriz - Fator de utilização de material (peso da

matéria prima/peso da estrutura final) = 1.2 a 1.3 para compósitos x 15 a 25 para metais

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Definições

Economias em estruturas - Aviação civil de pequeno porte: $55/kg - Helicópteros: $110/kb - Motores de aviões: $440/kg - Caças: $440/kg - Aviões comerciais: $880/kg - Satétlites: $22000/kg - Naves espaciais: 33000/kg

8

Definições

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Propriedades

Homogeneidade e isotropia - Isotropia: propriedades

constantes independente do eixo de carregamento

- Homogeneidade: propriedades iguais em todos os volumes representativos.

- Compósitos: Anisotrópicos, homogêneos

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Proriedades

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Proriedades

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Propriedades

Ensaios mecânicos

Aplicados em níveis hierárquicos, dependendo do nível de maturidade de tecnologia e processo.

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Propriedades

Ensaios mecânicos

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Manufatura

15

Manufatura

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Processos

Dependem do uso requerido e da relação custo benefício. Normalmente, balizado por níveis de fração volumétrica

Manufatura

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HLU (Hand Lay-up – impregnação manual)

É o mais simples, provendo compostos baratos porém modestos em termos de desempenho mecânico e fração volumétrica (30~35%)

Manufatura

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Infusão à vácuo

A impregnação de resina ocorre por meio de aplicação de vácuo. Produz partes com fração volumétrica de até 50%.

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Manufatura

Manufatura

20

Manufatura

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VARTM

A impregnação de resina ocorre por meio de aplicação pressão positiva. Utilizam-se contramoldes (caul plates). Produz partes com fração volumétrica de até 55%.

Manufatura

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A matéria prima (fibra de carbono) contém resina pré-impregnada. A cura é realizada em autoclave, geralmente com aplicação de pressão positiva (5 ~ 8 bar)

Sistemas pré-impregnados (pre-pregs)

Manufatura

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Podem ser laminados manualmente ou de modo automatizado. O método, aqui, exerce maior influência sobre a orientação das camadas e precisão geométrica. Admitem frações volumétricas de até 60%

Sistemas pré-impregnados (pre-pregs)

Manufatura

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Laminação automática - AFP

Manufatura

25

Laminação automática - AFP

Manufatura

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Laminação automática - ATL

Manufatura

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ATL vs AFP

Matéria prima

Manufatura

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ATL vs AFP

Geometria admitida

Manufatura

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Inspeção de qualidade de peças (fração

volumétrica, teor de porosidade)

Inspeção e qualidade

Manufatura

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Inspeção e qualidade

Aplicações

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Aplicações

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Know-how

Know-why

TRL 6 - 9

TRL 4 - 6

TRL 2 - 4

TRL 0 - 2

Aplicações

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Basic science Applications Multifunctional structures

Desafios – desenvolvimento tecnológico

Aplicações

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Desafios - reciclagem

Aplicações

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Desafios - reciclagem

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Perguntas ?

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