Post on 21-Apr-2015
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
compr
essã
o Durez
a
Resist
ência
á
erosã
o
Maq
uinab
ilida
de
Condu
tibili
dade
Resist
ência
ao
calor
Compa
tibili
dade
com re
sinas
Resist
ência
á
fadiga
Custo