CONGRESSO SAMPE-2015 · Propriedade Unidade Fibra de Vidro Fibra Aramida Fibra de Carbono Densidade g/cm³ 2,55 1,44 1,76 Elongação % 4,80 2,70 1,50 Módulo de Elasticidade GPa

CONGRESSO SAMPE-2015

FIBRAS DE CARBONO

HISTÓRICO

E

APLICAÇÕES PRÁTICAS

O QUE É A FIBRA DE CARBONO?

É um polímero “carbonizado”!

Poliacrilonitrila • Teor de carbono fixo: 40-45%

Precursores da Fibra de carbono

P.A.N. = É o mais conhecido e mais usado

• Piche: constituído de muitas substâncias aromáticas (exemplo: benzeno), é um termoplástico.

• Teor de carbono fixo: > 75 %



• Fibras de rayon (celulose - termorrígido)

• Teor de carbono fixo: ~10 - 30 %

COMO É OBTIDA A FIBRA DE CARBONO

Termoplástico

Termorrígido

FIBRAS DE CARBONO

Modelo de textura de fibras de carbono baseadas em PAN

mostrando a heterogeneidade casca-núcleo

HISTÓRICO

• Primeira patente de obtenção de fibras

de carbono (Inglaterra): - © Joseph Swan 1860 - queima de filamentos de bambu - filamento incandescente em lâmpadas elétricas, operando em vácuo parcial.

• Lâmpadas com filamento de tungstênio:

- luz quase branca (bulbo com vácuo parcial) - baixa luminosidade ...

HISTÓRICO

• Primeira patente de obtenção de fibras de carbono (EUA):

- © Thomas Edison 1880 - Queima de algodão, para uso como filamentos em lâmpadas elétricas.

HISTÓRICO

• 1897: Thomas Edison inventa a

lâmpada elétrica

• 24/11/1900 (Revista Scientific American)

U$ 200 / 20 lâmpadas

Tecido de Fibra de Carbono

CCS-200

Fibra de Carbono = fio acrílico carbonizado 11

AUTOMOBILÍSTICA

AEROESPACIAL

INDÚSTRIA MECÂNICA

PRODUTIVIDADE

DESEMPENHO

1

CUSTO

TIPOS DE REFORÇO INDICADOS POR APLICAÇÃO

AEROESPACIAL

PRE PREGS

TECIDOS

ROVINGS

INDÚSTRIA MECÂNICA

HEAVY TOW

ROVINGS

TECIDOS UD

AUTOMOBILÍSTICA

LFTP – TERMPLÁSTICOS COM

FIBRAS LONGAS

TECIDOS – Plain ou Twill (sarja)

com resinas termoplásticas ou

termofixas.

PROCESSOS DE ALTA PRODUTIVIDADE

PULTRUSÃO

FILAMENT

WINDING

FIBER

PLACEMENT

Propriedade Unidade Fibra de

Vidro

Fibra

Aramida

Fibra de

Carbono

Densidade g/cm³ 2,55 1,44 1,76

Elongação % 4,80 2,70 1,50

Módulo de

Elasticidade GPa 72 100 240

Propriedades das Fibras

Comparação

16

Material Densidade

(g/cm³)

Mód. de

Elast. E

(GPa)

Resist. à

Tração

(MPa)

Aço 1010 7,87 207 365

Alumínio 6061 2,70 69 310

Compósito

Carbono+Epoxi 1,50 138 1550

EXEMPLO DE APLICAÇÃO VASO DE PRESSÃO PARA GNV

COMPOSIÇÃO DO CUSTO

Matéria Prima 97 %

Mão de Obra 0,92 %

Custos Indiretos 1,93 %

Depreciação Eq.& instal. 0,17%

Amortização investimento

0,30%

C.material $872,48 [US$] C.m.obra $8,31 [US$]

C.indiretos $17,45 [US$] C.depr. R$1,52 [US$]

C.invest R$2,68 [US$]

Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

O PROCESSO PRODUTIVO

“ FILAMENT WINDING”

Bobinagem filamentar


EQUIPAMENTO UTILIZADO

Máquina de Filament Winding IBCOm/PARCERIAS

Características

Eletrônica – 4 eixos programáveis - CNC

Capacidade: Φ 400mm L max 2000 mm

Produz 4 cilindros por vez


1

2

3 4

1 – Rotação do mandril

2 – Deslocamento do carro

3 – Deslocamento do braço do carro

4 – Rotação do olhal

Eixos programáveis na máquina de Filament Winding




PRODUTIVIDADE Φ 356 mm x 1650 mm

Quantidade de cilindros por lote: 4

Tempo de produção de 1 lote: 47 min

Produção diária: 2 turnos de 8horas: 80 pças

Produção mensal: 1760


EXEMPLO DE APLICAÇÃO VASO DE PRESSÃO PARA GNV

Material Dimensões

mm

Peso

vazio kg

Preço

R$

Compósitos Φ = 244 mm

L = 850 mm

22 R$ 870

42 R$ 628 Aço

Compósitos Φ = 356 mm

L = 1650 mm

71,6 R$ 2.665

123,1 R$ 2.980 Aço

• Liner de termoplástico rotomoldado

• Camada helicoidal em fibra de carbono

• Camada circunferencial em Aramida

• Pressão interna: 240 bar


SISTEMA LEVE DE DISTRIBUIÇÃO DO GÁS NATURAL

EM LOCALIDADES NÃO SERVIDAS POR GASODUTO.

• POSTOS DE COMBUSTÍVEL

• INDÚSTRIAS

• CONDOMÍNIOS

• EDIFÍCIOS

SLD


Lt

X

F

f

TL

t

t

b

tch

F

VIGAS PARA ELEVAÇÃO DE CARGA

f = FL3

3EI I = H3t + t3(b-2t)

6

EI = Módulo de rigidez da viga

E = Módulo de elasticidade do material da viga

I = Momento de Inércia da secção transversal da viga


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Aço ASTM A36 Fibra de carbono GP

293 82

R$

1.229,73

R$

1.750,01

Peso kg Custo Mat. Prima

COMPARANDO VIGAS :AÇO X FIBRA DE CARBONO

Força Atuante F = 420 kg

Altura da viga h = 250mm

Espessura das Vigas mm: Fibra de carbono : (7,5 e 5,8) Aço 7,5

Comprimento total: 6500 mm


Poliacrilonitrila oxidada (PAN-OX)

• Muito utilizadas em componentes para proteção térmica (baixa condutividade térmica).

• Maior proteção térmica em relação às fibras têxteis convencionais contra o calor intenso.

• Mantém uma barreira contra uma chama de 900°C

por mais de 5 minutos, produzindo uma liberação mínima de vapores tóxicos.

Poliacrilonitrila oxidada (PAN-OX) Tabela 1. Usos das fibras de poliacrilonitrila oxidada

(PANOX).

Setor Usos

Vestuário Siderúrgico, químico,

petrolífero, policial, esportivo

(velocidade), combate ao fogo

Transporte Aeronáutico, náutico,

ferroviário e automotivo

(assentos e interiores)

Industrial Isolamento de cabos, Mantas

contra fogo, máscaras de solda

PROCESSOS DE ALTA PRODUTIVIDADE

LFTP – termoplástico c/ fibras contínuas

Painel de carro de passeio

Função decorativa

Agrega valor US$

Materiais Esportivos e Aeronáuticos

Próteses humanas

Próteses humanas

Colunas de Base Redonda = sem problemas.

Colunas de Base Quadrada (cantos vivos) =

• Pode cortar a fibra de carbono.

• Solução = raio de 3cm.

Reforço de Colunas

Fibras de Carbono

Colunas

Resistência à

Compressão MPa

Concreto Simples

30,93

Com Fibra de Carbono

95,02

Aumento de Resistência à Compressão

Poder-se-iam usar chapas de ferro, mas aumentaria o

peso!

O sistema custa mais caro que chapas de ferro?

Não! Chapas de Ferro x Fibra de Carbono têm

praticamente o mesmo custo.

Por que reforçar as vigas?

•Readequação de uso de construções pré-existentes.

•Para criar aberturas em lajes p/ passar escadas,

tubulações, etc...

Reforço de Vigas

Fibras de Carbono

Fibras de Carbono

Estas são as principais aplicações da

FIBRA DE CARBONO no uso comercial.

Com a introdução dos novíssimos

pre-pregs termoplásticos as

aplicações se multiplicam.

Diariamente são desenvolvidas novas

aplicações.

Vamos usar a nossa criatividade!

Um agradecimento especial ao

querido mestre prof.

Francisco Xavier de Carvalho do IBCOM.

Muito Obrigado, meu amigo!

Muito obrigado pela atenção.

Giorgio Solinas

[email protected]

mailto:[email protected]

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CONGRESSO SAMPE-2015 · Propriedade Unidade Fibra de Vidro Fibra Aramida Fibra de Carbono Densidade g/cm³ 2,55 1,44 1,76 Elongação % 4,80 2,70 1,50 Módulo de Elasticidade GPa