Tecnologia de estaleiros navais

Plástico Reforçado a Fibra

Uma Abordagem

Plástico Reforçado a Fibra

Uma Abordagem

Vitor Anes Filipe Serafim

Introdução Histórica

Aparecimento inicial: finais da 2ª guerra mundial;

Desenvolve projecto pioneiro:

Cúpulas de radar em PRFV

Introdução Histórica

Carl Beetle (New Badford, EUA), inspira-se na utilização de materiais compósitos em elementos estruturais para a fabricação de embarcações através de molde;

1946-47, apresenta o primeiro protótipo em fibra de vidro na New York National Boat Show.

Beetle Cat Boat

Breve descrição

Materiais compósitos resultam da combinação de componentes individuais;

Comportamento mecânico superior ao dos componentes individuais.

PRFV, consiste numa rede de fibra (manta) embebida numa matriz de resina curada;

Componentes individuais: - fibra (manta);- resina.

Breve descrição

A resina apresenta um comportamento frágil, mas quando combinada com fibras de alta resistência pode atingir níveis de tensão muito superiores ao seu limite de ruptura;

Na prática a resina tem apenas a função de prender as fibras segundo a direcção desejada e de promover uma barreira química contra a água.

Resina

Fibra

PRFV

Comportamento estrutural

Alongamento médio antes da ruptura:

fibras: 5%

resinas: 2%

Escolha da resina

Factores: requisitos estruturais; custo da resina; facilidade de manufactura; tempo de cura; ambiente; tempo de vida.

Escolha da resina

Estruturas compostas implicam a combinação de vários tipos de resinas e a utilização de aditivos que controlam: viscosidade da resina; resistência contra raios UV; resistência á tensão de corte interlaminar; tensão superficial da resina; cor.

Tipos de resina

Termoplásticas (podem ser dissolvidas, aquecidas e reutilizadas);

Termofixas (quando catalisadas e curadas tornam-se insolúveis):

poliéster; estervinílicas; epoxy.

Papel das resinas

Proteger as fibras contra: absorção de agua;

desgaste; ataques químicos; outras agressões externas;

Aderir com firmeza às fibras de reforço; Permitir que as tensões atravessem o

laminado.

Propriedades mecânicas

Resina ideal: bastante flexível; elevada resistência á tracção.

(é extremamente difícil conjugar estas duas propriedades)alta resistência resina quebradiça

boa elongação baixo HDT, baixa resistência á absorção de água

Resina admissivel: suportar grandes deformações sem apresentar

distorção permanentes; resistir e dissipar microfissuras dentro do laminado

Temperatura e resina

HDT - Temperatura à distorção térmica: Temperatura até à qual se espera que as

propriedades da resina se mantenha constante.

Normalmente, nas aplicações navais, as estruturas estão expostas a alta temperatura,pelo que o HDT é um factor importante;

Resinas com HDT inferior a 65ºC devem ser evitadas.

Requisitos

Para que o laminado tenha elevadas propriedades mecânicas, o teor de fibra devia ser o maior possível, mas para que resista ao ambiente o laminado deve ter um alto teor de resina (nas camadas mais externas), para tal devem apresentar: resistência à água e acção química;

simples manuseio; capacidade de molhar as fibras rapidamente.

Viscosidade das resinas e suas influencias

Apesar de cada resina ter uma viscosidade caracteristica, esta está sujeita a flutuações devidas á temperatura, ex:

verão: viscosidade diminui; inverno: viscosidade aumenta;

O ajuste da viscosidade evita problemas de impregnação e economiza tempo de laminação;

É por vezes necessário o uso de aditivos para controlar a viscosidade e a formação de bolhas de ar na superficie, apesar dos processos manuais apresentarem sempre bolhas.

Selecção de resinas

A habilidade de por vezes curar os moldes a temperaturas elevadas (pós-cura) limita a escolha da resina, assim: a habilidade da resina conseguir boas

propriedades mecânicas e resistencia quimica quando curada á temperatura ambiente é um dos principais requesitos na selecção da resina.

Fibras

Principais tipos de reforços:

fibra de vidro; fibra de carbono;

aramid (kevlar).

Fibras de vidro

É o reforço mais usado e mais barato; Bastante leve; Resistência moderada ao corte e á

compressão; Relativamente tolerante a deficiências

estruturais e carregamentos cíclicos; Fácil manuseio e maquinabilidade.

Fibras de carbono

É um reforço moderno e extremamente leve; Apresenta alta resistência á tracção e alta

rigidez; É necessário uma tecnologia avançada para

retirar o máximo proveito das propriedades mecânicas e estruturais;

É o reforço mais caro.

Aramid (kevlar)

Por ser a fibra mais comum da família aramid, é usual chamar fibra de kevlar;

Tem a densidade mais baixa; Admite alta resistência á tracção; Dureza bastante elevada; Altamente resistente ao choque e erosão; Preço relativamente moderado. Extremamente dura, difícil corte e

maquinabilidade; Resistência á compressão bastante pobre.

Quadro comparativo

0

1

2

3

4

vidro carbono kevlar

Densid

ade

Resist

ência

á trac

ção

Resist

ência

á

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Resist

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