UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE MARABÁ

FEMAT – FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

DISCIPLINA: PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS

DOCENTE: PROF. DR. MÚCIO NÓBREGA

MYCHELLANGELO DOS SANTOS SOARES 06123002807

PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS REFORÇADOS POR FIBRA DE

VIDRO

Marabá – Pará

Dezembro – 2009

2

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .....................................................................................................3

2. REVISÃO DA LITERATURA................................................................................4

2.1. Plásticos Reforçados por Fibra de Vidro – Características Gerais ........4

2.2. Fibra de Vidro – Características e Aplicações .........................................8

2.3. Resinas ......................................................................................................14

2.4. Processamento de Fibra de Vidro ...........................................................15

2.4.1. Moldagem manual .................................................................................15

2.4.2. Moldagem por contato ..........................................................................15

2.4.3. Moldagem à pistola ...............................................................................16

2.4.4. Moldagem por injeção e reação reforçada (RRIM) .............................16

2.4.5. Moldagem por transferência de resina................................................17

2.4.6. Moldagem por centrifugação ou Rotomoldagem ...............................18

2.4.7. Conformação de bolsa de vácuo .........................................................21

2.4.8. Conformação de bolsa de pressão ......................................................22

2.4.9. Pultrusão................................................................................................23

2.4.10. Compressão .......................................................................................24

3. CONCLUSÕES ..................................................................................................25

4. REFERÊNCIAS ..................................................................................................26

PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS REFORÇADOS POR FIBRA DE VIDRO

1. INTRODUÇÃO

Os reforços para compósito podem se apresentar na forma de fibras contínuas,

picadas e na forma de partículas. As fibras ou filamentos são o elemento de reforço

dos compósitos estruturais que suporta carregamento mecânico. As fibras

comerciais são produzidas basicamente por três processos: fiação por fusão, fiação

a úmido e fiação a seco.

As fibras se constituem em um meio efetivo de reforço porque apresentam

menor número de defeitos em sua forma mássica. Acredita-se que foi Griffith que

primeiro demonstrou essa fato na prática em 1920 (Gordon, 1991). À medida que se

tornam mais finos, os materiais tendem a apresentar menor número de defeitos que

possam introduzir falhas e, dessa forma a resistência tende a se aproximar da

resistência teórica do material, representada pela resistência coesiva das camadas

adjacentes de átomos.

As fibras, entretanto, não têm utilidade estrutural se não forem aglutinadas por

uma matriz. A configuração geométrica das mesmas, ou seja, pequeno diâmetro e

grande comprimento permitem que um alto valor na relação área superficial/volume

e, por conseqüência, a área interfacial fibra/matriz disponível para transferência por

unidade de volume da fibra aumenta em função da relação comprimento/diâmetro. A

área interfacial fibra/matriz disponível pra transferência de tensões por unidade de

volume da fibra aumenta proporcionalmente ao aumento da relação

comprimento/diâmetro, passando por um mínimo equivalente a uma partícula de

formato esférico.

Os processos de fabricação correspondem a 50 – 60% do custo total de um

compósito, e por esse motivo é um assunto que demanda significativa atenção da

comunidade industrial e científica, tendo em vista o interesse em reduzir a parcela

de representação desse item no custo Inal do produto.

As diferenças nos processos de fabricação de compósitos poliméricos se

devem aos processos de transformação físico-química a que são sujeitas as

matrizes durante a fase de moldagem. Por exemplo, as matrizes poliméricas

termorrígidas são submetidas a um processo físico-químico de cura, enquanto as

matrizes termoplásticas passam por estágios em que são submetidas ao

4

amolecimento e fusão, inicias para conformação na cavidade do molde e posterior

solidificação [1].

2. REVISÃO DA LITERATURA

2.1.Plásticos Reforçados por Fibra de Vidro – Características Gerais

Os FRP’s (plásticos reforçados por fibra de vidro) compreendem um grupo

especial de plástico reforçado. Estes materiais são uma combinação de linhas

flexíveis de fibras de vidro e plástico. Os plásticos normalmente utilizados são os

materiais termofixos.

Os vidros podem ser preparados de várias formas, incluindo tecidos bi-

direcionais, tecidos unidirecionais, tapetes (esteiras), fios, filamentos contínuos,

filamentos picados e etc. As propriedades do produto final podem ser pré-

determinadas pela combinação adequada de plásticos termofixos e a forma do

reforço de vidro.

Os produtos plásticos reforçados com fibra de vidro são utilizados em

aplicações que exigem alta resistência mecânica, mas com exigências leves.

Combinando com fibra de vidro com plásticos aumenta a resistência física dos

materiais, rigidez, resistência ao impacto e estabilidade dimensional, e aumenta a

sua utilização em faixas de temperaturas mais amplas. Em geral, o grau de melhoria

de propriedade aumenta com o volume de vidro utilizado como reforço (Figura 1). O

regime específico de uma geometria especial de fibra de vidro será determinar quais

as propriedades irão melhorar. Por exemplo, fios de vidro podem ser direcionalmente

colocados na mistura de resistir a cargas específicas ou podem ser dispostas

aleatoriamente para fornecer propriedades de resistência uniforme em todas as

direções.

Existe uma grande variedade de resinas termofixas que são empregadas com

fibra de vidro. Alguns destes incluem resinas termofixas, tais como epóxi e fenol,

melaminas e silicones. Além disso, um número de resinas termoplásticas tais como

o poliestireno, cloreto de polivinil e os poliésteres podem ser combinados com fibra

de vidro.

5

A gravidade específica dos Plásticos Reforçados com Fibra de Vidro é

aproximadamente um quinto dos aços e que, como tal, a sua utilização abrange uma

ampla gama de aplicações. Os produtos plásticos reforçados por fibra de vidro têm

forças que são competitivas com muitos materiais estruturais. Dependendo da

quantidade de reforço de vidro utilizado e sua geometria e arranjo especial na

mistura de resina, as forças podem variar de cerca de meia vez as de aço estrutural.

Combinações de fibra de vidro – poliéster, a mais utilizada, têm excepcionais

propriedades de resistência a temperaturas relativamente baixas. Na verdade, eles

realmente tornam-se mais forte, em condições extremamente frias. Quando

combinado com resinas especiais, peças de poliéster reforçado com fibra de vidro

podem funcionar em temperaturas superiores a 400 °F.

Resinas de poliéster são claras, geralmente com uma cor de palha clara.

Pigmentos e corantes podem ser adicionados para cores desejadas. Estas resinas

têm excelente resistência a muitos ácidos suaves, álcalis e produtos químicos

diversos. Como tal, eles são adequados para muitas aplicações industriais (por

exemplo, tanques de produtos químicos e gasodutos). Os poliésteres proporcionam

excelentes propriedades de isolamento elétrico e, quando combinados com fibra de

vidro, oferecem boa resistência térmica e resistência ao choque.

Figura 1: Em geral, as propriedades de um plástico irão aumentar proporcionalmente à quantidade de reforço de vidro acrescentado.

6

Peças de Plásticos Reforçados com Fibra de Vidro tem um grande número de

outras características excelentes. Várias combinações de Plásticos com Reforço de

Fibra de Vidro têm coeficientes de expansão térmica similar de alumínio e aço. A

quantidade de vidro na mistura tem um grande papel nesta propriedade. Qualidades

baixas de expansão térmica são extremamente importantes em aplicações que

envolvam a fixação de peças de metais (uma diferença significativa no coeficiente de

expansão térmica causaria altas tensões durante as mudanças de temperatura).

Materiais plásticos reforçados com fibra de vidro mostram boa estabilidade

dimensional. Eles não vão expandir ou contrair uma ampla variaçao de umidade e

absorvem apenas uma fração de um por cento de umidade [2].

Os plásticos reforçados com fibra de vidro têm boas propriedades de

processabilidade e podem ser moldado em formas extremamente complexas e

intrincadas.

Peças moldadas podem ser reparadas facilmente com pouco esforço. Há

basicamente quatro tipos de danos que podem ser experimentados com

componentes plásticos reforçados com fibras de vidro: rachaduras ou fraturas,

laminação (geralmente ocorre em tecidos laminados).

Pequenas fendas ou fraturas geralmente podem ser reparadas com uma

mistura de resina catalisada e fios de fibra de vidro picados. Material inorgânico

também pode ser misturado para proporcionar uma consistência de massa para fins

de aplicação. Pigmentos ou corantes também podem ser adicionados, para

combinação de cores. Furos de pequeno porte podem ser preenchidos com um

pedaço de tecido de fibra de vidro cortados e impregnados de resina. Para aumentar

a resistência, camadas adicionais são aplicadas para ambos os lados da área

danificada.

Impacto direto sobre os componentes plásticos reforçados com fibra de vidro

pode causar laminação algumas vezes, sem qualquer ruptura na superfície. Para

pequenos danos, a reparação pode ser efetuada perfurando pequenos furos no

material e carregando-os com resina catalisada. A resina deve ser forçada

uniformemente através dos orifícios para cobrir as regiões laminadas. Para grandes

áreas de laminação, é muitas vezes necessário cortar toda a parte danificada e

repará-la como se fosse um buraco.

Muitas vezes, é aconselhável fornecer alguma pressão e calor para o efeito de

cura. Curas à temperatura ambiente são mais comuns em muitas famílias de

7

operações de reparação, no entanto, a utilização de uma lâmpada infravermelha

pode significativamente aumentar o tempo de cura. Uma ampla gama de taxas de

cura pode ser alcançada pela utilização do catalisador adequado.

Peças complexas que foram danificadas podem exigir elaboração e reparos

cuidadosos. Por exemplo, para os componentes ligados às partes de metal,

cuidados devem ser tomados na seleção da resina adequada e na correspondência

da espessura da parede. Normalmente, esta aplicação requer a utilização de resinas

epóxi. Ajustes mecânicos nas extremidades podem ser necessários para efeito de

diferentes tipos de reparações.

Embora os produtos FRP puderem ser coloridos com corantes e pigmentos,

eles têm a vantagem sobre muitos plásticos termofixos, pois podem ser pintados

também. A primeira parte deve, no entanto, ser preparada e desengordurada,

geralmente em um banho de solvente. A superfície é então preparada pela areia e

cuidadosamente limpa novamente. Uma superfície de revestimento é normalmente

cozida. Rugosidades da superfície podem ser removidas por lixamento com lixa mais

fina, e, após a limpeza, uma ou mais camadas de tinta pode ser aplicada. Note-se

que cuidados especiais devem ser tomados na preparação da superfície. Buracos,

rachaduras, ondulações, e etc, podem causar bolhas e má aderência da tinta. Os

defeitos da superfície devem ser reparados antes da pintura, pois podem ocasionar

a entrada de solventes de tintas.

Entre as várias propriedades de resistência, provavelmente, uma das mais

importantes para materiais estruturais é a resistência à corrosão ou intempéries. A

indústria siderúrgica só dedica cerca de 40% da sua produção para a substituição de

materiais corroídos. Se os componentes são FRP devidamente preparado, menos

substituições são necessárias, o que tem um impacto significativo sobre a economia

de energia e os custos de fabricação. Resistência ao intemperismo do vidro

reforçado com poliéster são melhores que a média. Durante os primeiros meses de

exposição ao ar livre, estes materiais tendem a aumentar em força devido ao

adicional de cura da resina. A luz ultravioleta e o calor do sol também promovem a

cura. Depois exposição prolongada, propriedades de resistência diminuem

gradualmente conforme ilustrado na Figura 2 [2].

8

Moldagem de FRP pode ser feito sem altas temperaturas e pressões. Como tal,

as peças extremamente grandes e complexas podem ser formadas em unidades

individuais de equipamentos relativamente simples. Moldagem por baixa pressão

torna possível para a utilização de moldes de baixo custo. Os moldes podem ser

construídos de uma variedade de materiais mais baratos por causa da pressão de

moldagem de baixos requisitos. Moldes de gesso são utilizados normalmente por

quatro ou cinco molduras. Madeira, alumínio ou liga de zinco, ferro ou moldes de aço

podem ser usados para produção em massa. Existe uma grande variedade de

processos de moldagem para FRP, os quais são discutidos nos tópicos seguintes.

2.2.Fibra de Vidro – Características e Aplicações

Vários tipos de reforçadores tais como fibra de vidro, carbonato de cálcio e

silicato de alumínio são muitas vezes utilizados com poliéster para formação de

combinações plásticos reforçados com fibra.Os Reforçadores têm uma tendência a

aumentar a viscosidade da resina. Eles são geralmente misturados na resina com

quaisquer pigmentos ou catalisadores. Como regra geral, não mais que 40% de toda

a mistura deve ser de reforçadores, ou as propriedades

serão reduzidas.

A principal justificativa para a utilização de reforços é a redução dos custos dos

materiais. Entretanto, se quantidades de reforço apropriadas forem utilizados, eles

Figura 2: Gráfico de efeitos de intemperismo em propriedades de

resistência.

9

podem reduzir a retração de cura e melhorar a aparência da superfície, e ainda

melhorar a resistência à água e propriedades do intemperismo (ou resistência ou

desgaste, ou propriedades de ação atmosférica ou biologica).

A fibra de vidra é o material compósito produzido basicamente a partir da

aglomeração de finíssimos filamentos flexíveis de vidro com resina poliéster (ou

outro tipo de resina) e posterior aplicação de uma substância catalisadora de

polimerização. O material resultante é geralmente altamente resistente, possui

excelentes propriedades mecânicas e baixa densidade [3]. Composições típicas

para fibras de vidro são mostradas na Tabela 1 [1].

Tabela 1: Composição de fibras de vidro utilizadas na manufatura de compósitosConstituintes SiO2 Al2O3 B2O3 MgO CaO Na2O

Vidro E 55,2 14,8 7,3 3,3 18,7 -

Vidro C 65 4 5 3 14 8,5

Vidro S 65 25 - 10 - -

Há uma variedade de tecidos ondulados, como mostrado na Figura 3. Tecidos

ondulados estão disponíveis em uma ampla gama de espessuras, pesos, tipos de

tecido, diâmetros do filamento e do tipo de fio. O mais comum são trançados

quadrados (simples) e trançados acetinados. Fios e fibras contínuas são

empregados, com uma matriz preferencial por causa de uma melhor resistência. Há

um número de vantagens e desvantagens associadas a cada tipo de tecido feito

reforço. A escolha final de um tecido específico irá ditar a natureza do acabamento

superficial, a economia e facilidade de fabricação e características de resistência

direcional característica do produto final.

10

Como discutido anteriormente, o uso de fibras de vidro tende a melhorar as

propriedades mecânicas dos materiais na mesma forma que as hastes de aço

reforçadas com concreto. As propriedades mecânicas máximas que podem ser

alcançados com reforço de fibra de vidro são apresentadas na Tabela 2.

Tabela 2: Propriedades Mecânicas de Fibra de VidroResistência à Tração 100,000 (psi)Modulo de Young 3,000 (psi)Recuperação Elástica 10 %Resistência Específica 76 KmCoeficiente de Expansão 40 - 60 x 10-7 (°F-1)Condutividade Térmica (cal/sec/cm2/°C) 8 x l0-5

Calor Específico 0,16-0,2Gravidade Específica 2,5+

Devido as suas propriedades físicas e químicas, a fibra de vidro possui

inúmeras variedades de utilização, sendo as principais características: a alta

resistência mecânica e a grande estabilidade dimensional. Possui também

resistência química, excepcionais qualidades de isolamento elétrico, mobilidade,

resistência a combustão e boa compatibilidade com resinas de Silicone, Epoxi,

Poliester, Fenólicas, etc. Devido a estas propriedades novos usos são encontrados

constantemente. Entre as aplicações da fibra, estão: Reforços plásticos e abrasivos,

Materiais esportivos, Indústria naval e aeronáutica, Isolantes elétricos e térmicos,

Figura 3: Diferentes tipos de fibra de vidro

11

Revestimentos anti-corrosivos, Reforços abrasivos, Filtragem de materiais de baixo

ponto de fusão, Isolação elétrica, Ancoragem de mármores, Tecidos técnicos,

Isolação térmica, Isolantes elétricos, Reforços e proteção de cabos telefônicos de

fibra ótica, Revestimento externo de mangueiras etc. Para a robótica, têm-se na fibra

um poderoso material para a confecção de bases e "carcaças" para robôs. Devido à

grande facilidade e excelente relação custo/benefício, pode-se contruir peças de

forma rápida e eficiente [4].

As 12 características mais importantes da fibra de vidro são:

- Leveza: partes de plástico reforçadas ajudam a economizar peso

comparadas às partes de aço (até 30% mais leves) com propriedades termo-

mecânicas semelhantes.

- Reciclagem: Devido a métodos técnicos diferentes, reciclagem de fibra de

vidro é agora possível, como também a reciclagem de termoplásticos ou reforços de

vidro de thermoset.

- Não apodrecimento: Filamento de vidro não deteriora e não apodrece. Não é

afetado pela ação de insetos e roedores.

- Baixa condutividade térmica: Esta característica é altamente estimada na

indústria de construção civil, onde o uso de compostos de fibra de vidro torna

possível eliminar passagens térmicas possibilitando economia de calor.

- Higiene: não é poroso

- Resistência alta a agentes químicos: Quando combinada com resinas

apropriadas, compostos com esta característica podem ser feitos de filamento de

vidro.

- Força mecânica: Filamento de vidro tem uma resistência específica mais alta

(resistência à tensão/massa volumétrica) do que a do aço. Esta característica é o

ponto de partida para o desenvolvimento de fibra de vidro para produzir compostos

de alto desempenho.

- Características elétricas: Suas propriedades como um isolador elétrico

excelente, até mesmo a espessuras pequenas, combinadas com sua força mecânica

e comportamento a temperaturas diferentes, formou a base das primeiras aplicações

para o filamento de vidro.

- Incombustibilidade: Como um material mineral, fibra de vidro é naturalmente

incombustível. Nem propaga nem mantêm uma chama. Quando exposta ao calor,

não emite fumaça nem produtos tóxicos.

12

- Estabilidade dimensional: Filamento de vidro é insensível a variações em

temperatura e higrometria e tem um baixo coeficiente de expansão linear.

- Compatibilidade com matrizes orgânicas: A habilidade da fibra de vidro

para aceitar tipos diferentes de tamanho cria uma liga entre o vidro e a matriz,

possibilitando que seja combinada com muitas resinas sintéticas, como também,

com certas matrizes minerais (gesso, cimento).

- Permeabilidade de Dielétricos: Isto é essencial em aplicações como

radomes, janelas eletromagnéticas, etc.

- Integração de funções: Material composto de fibra de vidro pode ser usado

para produzir partes de uma peça que integram várias funções e substituir diversas

partes montadas.

Há duas variantes de processo para a produção de fibra de vidro, conforme

mostra-se nas Figuras 4a e 4b, mas ambas utilizam vidro fundido que atravessa um

a fieira onde são produzidas as fibras. No primeiro processo, o vidro é primeiramente

pelotizado para posterior fusão e formação das fibras. No segundo e mais usual

processo, as fibras são pelotizadas e, portanto, o modulo de elasticidade nas

direções axial e transversal ao filamento é idêntico. As fibras de vidro podem ser

produzidas tanto na forma de filamentos contínuos quanto na forma de fibras

picadas.

Ao processo de fiação, as fibras são recobertas com um material de

encimagem. Fibras destinadas a processos de tecelagem, como por exemplo,

trançagem, são recobertas com um material lubrificante, que pode ser removido

posteriormente por queima. As fibras de vidro podem também ser recobertas por

agentes ligantes de forma a promover adesão química entre a matriz polimérica e a

superfície da fibra. Estes agentes ligantes são usualmente organossilanos que

apresentam uma estrutura do tipo X3SiR. O grupo R é susceptível de ligação a um

grupo na matriz, e os grupos X podem hidrolisar na presença de água para formar

um silanol, e condensam na superfície de fibra de vidro formando siloxanos.

13

Muitas das propriedades físicas e químicas da fibra de vidro não são parecidas

com as daquelas de vidro a granel. As propriedades mecânicas são, no entanto,

bastante diferentes. Alta resistência mecânica associada ás fibras de vidro colocam

os FRP’s na classe de materiais estruturais. Se as comparações são feitas com

Figura 4: Representação esquemática do processo para produção de fibras de vidro.

14

bases de pesos iguais, a fibra de vidro é um dos materiais estruturais mais fortes

disponível. Propriedades de força são proporcionais à taxa de carregamento; quanto

mais rápido o carregamento, maior a força.

2.3.Resinas

Resina é um composto orgânico derivado do petróleo, que passa de seu

estado líquido para o estado sólido, através de um processo químico chamado

"Polimerização" [3].

Nos processos de formação no estado líquido, as resinas aquecidas tornam-se

líquidas à medida que entram ou são misturadas no molde (geralmente sob

pressão). Em alguns processos, a resina nunca aparece como líquida, mas é

transformada em uma peça acabada dentro da própria ferramenta. Em geral os

termofixos apresentam-se na forma de uma “massa de pão” quando colocados

manualmente no molde.

Quando aquecidos, os termoplásticos não se tornam líqudos, na verdade eles

tornam-se viscosos (com consistência semelhante á do mel). Na maioria dos

processos de moldagem, os termoplásticos são forçados a se comportar como

líquidos no interior da cavidade do molde (geralmente sobv pressões altíssimas)

produzindo, assim, peças com detalhes magníficos [5].

Os termofixos ou resinas termofixas, curam num estado irreversível, porque

sua estrutura molecular é interligada. Compara-se a resina termofixa a um ovo. Uma

vez cozido, essencialmente, permanece no mesmo estado. Durante a polimerização,

os materiais termofixos produzem seu próprio calor em uma reação com catalisador

[3, 5].

Como exemplo de resinas termofixas para compósitos, temos as resinas

poliéster insaturadas, éster-vinílicas, epóxis, uretânicas e fenólicas.

Por outro lado, uma resina termoplástica tem estrutura molecular linear, que

amolece repetidamente quando aquecida em direção ao seu ponto de fusão e

endurece quando resfriada. Em termos simples, pode-se comparar um termoplástico

à parafina, a qual flui quando aquecida e endurece tomando sua forma quando

resfriada [3].

Como exemplos de resina termoplástica para compósitos, temos polipropileno,

polietileno, poliestireno, ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno), "nylon", policarbonato,

poliéster termoplástico, óxido de polifenileno, polisulfona e PEEK (poli-éter-éter-

15

cetona). Os termoplásticos são normalmente aquecidos antes de serem derramados

no molde [3, 5].

2.4.Processamento de Fibra de Vidro

2.4.1. Moldagem manual

Moldagem manual ou hand-lay-up é utilizada na fabricação de peças

pequenas, e de baixa produção. A resina com catalisador é aplicada com pincel ou

rolo, sobre a manta de fibra de vidro que repousa sobre o molde. As bolhas de ar

são removidas por roletes. A cura ocorre à temperatura ambiente [6]. A Figura 5

ilustra a técnica.

2.4.2. Moldagem por contato

A moldagem por contato é um processo trabalhoso, usado basicamente na

produção de peças com tamanho variando entre médio e ligeiramente grande. O

processo utiliza moldes de plásticos, madeira ou gesso para a fabricação de cascos

de barcos, banheiras e boxes para banheiros, bem como carenagens. O reforço –

geralmente mantas de fibra de vidro entrelaçadas -, é combinado com uma mistura

de resina de poliéster termofixo em um molde aberto. Com o auxílio de um rolete, os

reforços são comprimidos e os materiais são distribuídos no molde.

Figura 5: Esquema do processo de moldagem por injeção e reação.

16

2.4.3. Moldagem à pistola

Na moldagem à pistola ou spray up, a fibra de vidro em forma de fios contínuos

("roving") é alimentada para uma pistola com um picador, que a corta em fibras de

um determinado tamanho. As fibras são lançadas sobre um jato de resina e a

combinação de materiais é direcionada para a cavidade do molde, onde o compósito

toma sua forma [7]. Embora os custos com ferramental sejam baixos, a espessura

das paredes não é uniforme e somente a superfície da peça que fica em contato

com o molde apresenta-se lisa. Outro problema bastante significativo é que as peças

são relativamente pesadas e o material de reforço é frágil e degrada-se com o

tempo, podendo “delaminar” no caso de impacto [5]. A Figura 6 apresenta como

ocorre o processo.

2.4.4. Moldagem por injeção e reação reforçada (RRIM)

Talvez nenhum outro processo tenha mudado o design do produto mais do que

a moldagem por injeção. Embora baseado na tecnologia para metais de fundição por

pressão em câmara quente, o desenvolvimento de materiais poliméricos, bem como

outros recentes progressos nesse processo, permitiram aos designers uma quase

total liberdade no design. Uma vez limitada a materiais termoplásticos, a moldagem

por injeção está agora disponível também para os que endurecem a quente.

A moldagem por injeção é um processo de alto custo com moldes feitos de

aço-ferramenta do tipo P. No processo da moldagem por injeção, as pelotas são

Figura 6: Esquema do processo de moldagem à pistola

17

alimentadas por um vagão alimentador num barril aquecido onde são misturadas

com aditivos e fundidas. A resina fundida é então injetada na cavidade do molde.

Na moldagem por injeção e reação reforçada as fibras de reforço são,

geralmente, entrelaçadas e moldadas para o molde. Devido ao alinhamento a que a

peça é submetida para suportar forças já esperadas, a peça moldada é geralmente

“estrutural”, isto é, pode suportar forças maiores do que aquelas normalmente

esperadas para uma peça reforçada. A Figura 7 ilustra como ocorre a RRMI [5].

2.4.5. Moldagem por transferência de resina

A moldagem por transferência é usada para a produção de componentes

elétricos e eletrônicos e peças de borracha e silicone, cujas paredes podem variar

em espessura. Representa um avanço do processo de compressão. Um material

termofixo não-curado é colocado em uma câmara de transferência, onde é aquecido

e então injetado em um molde. A pressão é fornecida por um pistão ou um parafuso

rotatório [5].

Moldagem de transferência é feito muitas vezes em prensas de compactação

por moldes do tipo integral. O material de moldagem é empurrado para a cavidade

Figura 7: Esquema do processo de moldagem por injeção e reação.

Componente A de resina

Componente B de resina

Reforço

Cilindros de alta pressão

Cabeça do misturador

Molde de injeção

18

do molde em estado fluido. Como o nome indica, um êmbolo de transferência força a

plastificação do composto no interior da cavidade. O projeto está equipado com um

tubo de transferência, que aceita o encargo pré-aquecido antes de o pistão ser

abaixado no tubo [2].

A moldagem por transferência de resina, uma variante da moldagem por

transferência, foi desenvolvida para produçaõ de intermediária a alta. Uma resins

misturada a um catalisador é forçada, sob pressão moderada, para o interior de um

molde, geralmente com uma manta entrelaçada de fibras de reforços pré-arranjada

no molde, Figura 8.

2.4.6. Moldagem por centrifugação ou Rotomoldagem

A tecnologia da Rotomoldagem permite a fabricação de peças em plástico, que

substituem com grande vantagem produtos antes fabricados em chapas de aço,

fibra de vidro, amianto, alumínio e outros materiais.

Veja a seguir as mais diversas aplicações em produtos:

- Tanques reservatórios para armazenagem;

- Pequenas embarcações;

- Implementos agrícolas;

- Peças e acessórios para indústria automobilística;

- Brinquedos;

- Tanques de combustíveis;

Figura 8: Moldagem por transferência para plásticos termofixos.

Resina Reforço

19

- Tanques reservatórios para armazenagem;

- Lixeiras;

- Substituição de peças que antes eram feitas em fibra e outros materiais

termoplásticos;

- E muito mais...

A flexibilidade desse processo permite sua aplicação em inúmeros produtos.

Este processo molda formas cilíndricas e ocas, tais como tanques, tubulações e

postes. A manta de fios cortados é colocada em um molde cilíndrico oco, ou fios

contínuos de "roving" são cortados diretamente sobre as paredes internas do molde.

À medida em que o molde gira, a resina é aplicada à sua parte interna, através de

quatro etapas [8,9]:

- CARREGAMENTO

Consiste na alimentação do molde com uma quantidade de material pré-

determinada, sendo o mesmo em forma de pó. Após a alimentação, o molde é

fechado com auxílio de grampos ou parafusos, e segue para a próxima etapa, o

aquecimento.

- AQUECIMENTO

Após o carregamento e o fechamento do molde, o mesmo é conduzido para um

forno onde inicia um movimento de rotação biaxial. O efeito sinérgico entre o calor

recebido do forno e a movimentação biaxial resulta em um aquecimento uniforme do

material no interior do molde. Quando a temperatura no interior do molde alcança a

temperatura de amolecimento do polímero, o mesmo começará a aderir à superfície

do molde, iniciando um processo de sinterização e a formação de uma estrutura

reticular tridimensional. Com continuidade do aquecimento o material começará a

fundir e a estrutura formada colapsará. Com o colapso da estrutura, o ar que estava

junto com as partículas de pó é retido, formando-se bolhas. Estas bolhas, se

permanecerem na peça, resultam em perdas nas propriedades mecânicas,

principalmente com relação à resistência ao impacto. Portanto, para a eliminação

destas bolhas é necessária a continuidade do aquecimento após a fusão do

material. A continuidade do aquecimento resulta em uma diminuição da viscosidade

do polímero, o que torna mais fácil o processo de dissolução do ar pela matriz

polimérica, até que a maioria das bolhas tenha sido eliminada. Se este aquecimento

adicional for prolongado, a peça resultante não apresentará bolha, porém exibirá

degradação termo-oxidativa na sua superfície interna, com acentuada perda de

20

resistência mecânica. A condição ideal de moldagem será alcançada quando a peça

apresentar algumas bolhas próximas à superfície interna, sem apresentar

degradação termo-oxidativa.

- RESFRIAMENTO

O molde ainda em movimento rotacional é conduzido para fora do forno até

uma estação de resfriamento. O resfriamento do molde pode ocorrer por ar

ambiente, jato de ar, “spray” , ou por sistemas mais complexos como camisas

envoltas no molde. O processo de resfriamento também possui grande influência

sobre as propriedades mecânicas da peça moldada. Se o resfriamento for lento,

para materiais semicristalinos como o polietileno, haverá tempo suficiente para o

crescimento de cristais, o que resultará em peças com alta rigidez, mas com baixa

resistência ao impacto. Pelo contrário, um resfriamento muito rápido resultará em

diferenças de temperaturas bruscas na parede da peça, o que provoca variações na

estrutura do material, com diferentes níveis de contração do polímero. Estas

diferenças de estrutura e níveis de contração resultarão no empenamento da peça.

- DESMOLDAGEM

Após o molde e a peça serem resfriados, o movimento de rotação biaxial é

cessado, e o molde é conduzido a uma estação de desmoldagem, para abertura do

molde e extração da peça, depois da extração, o molde é novamente carregado com

o material e o ciclo recomeça. A Figura 9 ilustra a técnica de rotomoldagem.

21

2.4.7. Conformação de bolsa de vácuo

Na moldagem de bolsa de vácuo (Figura 10) quando o lay up é concluído, uma

folha flexível (geralmente papel celofane ou acetato de polivinila) é colocada sobre a

camada superior. Articulações e costuras são seladas e é elaborado um vácuo entre

a superfície do molde e da parede interior da bolsa. Vácuo de ar é usado para forçar

a bolsa contra os moldes, o vácuo envolve o produto fazendo com que o balão sobre

o produto não entre em contato com o molde. Em geral, os moldes são de alumínio,

mas també podem ser de outros materiais resistentes à pressão do ar. A pressão

resultante tende a eliminar vazios e as forças de qualquer excesso de resina ou de

ar aprisionado [2].

Figura 9: Etapas do processo de rotomoldagem.

22

2.4.8. Conformação de bolsa de pressão

Conformação de bolsa de pressão (Figura 11) é essencialmente o inverso do

processo acima descrito. A cobertura de borracha adaptada é geralmente usada

como bolsa. As folhas normalmente são colocadas sobre a face exposta do produto

e um selo ou placa de pressão é assegurado ao longo do topo do molde. Ar ou

pressão de vapor a 50 psi é aplicado entre as camadas superiores e a bolsa.

A modificação do método moldagem por balão pressurizado é mostrado na

Figura -B, em que a unidade inteira é colocado em uma autoclave a vapor.

Aqui, as pressões aplicadas estão em torno de 50 - 100 psi. A última das duas

abordagens é a preferida, pois permite carga máxima com fibra de vidro e

produz produtos de maior densidade [2].

Figura 10: Esquema do processo de conformação de bolsa de vácuo.

Figura 11: (A)Conformação de bolsa de pressão; (B) Autoclave.

23

2.4.9. Pultrusão

O processo de pultrusão é um método de fabricação contínuo, mecanizado,

para produtos de seção uniforme, em resina poliéster, epóxi estervinílica ou fenólica

reforçada com fibras de vidro, de desempenho superior aos materiais convencionais

[10]. Pultrusão é, de certa forma, o oposto de extrusão (pois o perfil a ser formado é

puxado e não empurrado através do molde). Entretanto o processo de pultrusão

produz perfis que são similares aos produzidos por extrusão, já que apresentam

características constantes e comprimento indefinido. Os produtos mais comuns

produzidos por pultrusão incluem membros estruturais, tais como, escadas,

passarelas e corrimãos. Outras aplicações incluem desde talcos de golfe a eixos

motores. Nesse processo, o material de reforço recebe um banho termofixo viscoso

(geralmente poliéster). A resina adere ao reforço, que é, então, puxado através de

um longo molde de aço aquecido. A resina cura, formando o perfil reforçado ou a

peça (Figura 12 ) [5].

Legenda do processo de pultrusão:

1. Fios em fibra-de-vidro - Responsáveis pela resistência longitudinal dos

perfis.

2. Manta em fibra-de-vidro - Disponível em diversas gramaturas, a manta é

responsável pela resistência transversal dos perfis.

3. Tanque de resina - Local onde é feita a impregnação dos fios e mantas em

fibra de vidro.

4. Véu

Figura 12: Esquema do processo de pultrusão

24

5. Ferramenta de pultrusão - Onde ocorre a cura da resina. o perfil toma sua

forma e torna-se rígido.

6. Puxadores

7. Perfil pultrudado

2.4.10. Compressão

A moldagem por compressão é usada basicamente com resinas termofixas e

borrachas. Na moldagem por compressão, uma quantidade medida ou uma pré-

forma de uma resina parcialmente polimerizada é colocada manualmente em um

molde pré-aquecido. A polimerização ou cross-linking ocorre no molde sob calor e

pressão. Estes moldes são desenhados para a perda de material mínima resultante

de uma parcela da carga a ser empurrada para fora da cavidade como overflow

durante o fechamento. As rebarbas que normalmente se formam na linha divisória

devem ser removidas. Não há necessidade de um canal de corrida. As peças

reforçadas com fibras longas podem ser conformadas por esse processo, pois são

colocadas diretamente no molde, e não forçadas através de um canal, como na

moldagem por injeção.

Os moldes para compressão ou ferramentas são feitos de aço-ferramenta tipo

P. Eles custam menos que os moldes para injeção, pois são mais simples e

suportam menos pressão. Uma vez que o processo de enchimento é feito

manualmente, insertos podem ser facilmente adicionados durante o enchimento. Os

custos com mão-de-obra são mais altos e os ciclos são mais longos, já que os

moldes são cheios manualmente [2,5]. A Figura 13 ilustra a técnica.

Figura 13: Esquema do processo de compressão

25

3. CONCLUSÕES

Os materiais compósitos surgiram no mercado para atender necessidades de

diversos segmentos industriais, com o objetivo de se obter determinadas vantagens

em relação aos chamados materiais de engenharia convencionais, quais fossem,

facilidade de processamento e possibilidade de combinação de propriedades na

medida em que se queira, seja através da variação da quantidade percentual de

cada componente, da forma geométrica do componente estrutural ou do tipo de

cada componente associado por vezes, ao baixo custo de fabricação. Esses

materiais, além de aliar alta resistência mecânica com boa ductilidade, permitem que

o produto tenha melhor estabilidade dimensional e resistência mecânica, e em

determinados casos, maior tenacidade com a incorporação das cargas.

Os compósitos compreendem uma classe de materiais heterogêneos, tanto na

escala microscópica quanto na escala macroscópica; multifásicos, resultantes de

uma combinação racional, em que um dos componentes, descontínuo, dá a principal

resistência ao esforço (componente estrutural ou reforço) e o outro, contínuo, o meio

de transferência desse esforço (componente matricial ou matriz).

O Fiberglass Reinforced Plastics (matriz plástica reforçada com fibras de

vidro) é um membro muito especial e distinto da família dos compósitos. É um

material estrutural leve, que não enferruja e que pode ser moldado em peças

complexas, pequenas ou grandes, em grandes, médias ou pequenas escalas de

produção.

A fibra de vidro (fiberglass) é um tipo de plástico reforçado largamente

utilizado nas mais diversas aplicações que possui características como: Alta

resistência mecânica e à corrosões, durabilidade , conserva suas propriedades

mecânicas ao longo do tempo, fácil aplicação , fácil reparação, leveza, cura rápida

,excelente aspecto , fácil acabamento, muita oferta de matéria prima, permite

inovação em aplicações conforme a criatividade .

Foram abordadas algumas técnicas de processamento tais como moldagem

manual, por contato e pistola, moldagem por injeção e reação reforçada, moldagem

por transferência de resina, moldagem por centrifugação ou rotomoldagem,

conformação de bolsa de vácuo, conformação de bolsa de pressão, pultrusão e

compressão.

26

4. REFERÊNCIAS

[1]. NETO, F. L.; PARDINI, L. C. Compósitos estruturais: ciência e tecnologia. Ed. Edgard Blücher, São Paulo. 2006.

[2]. CHEREMISINOFF, N. P.; CHEREMISINOFF, P. N. Fiberglass reinforced plastics. Noyes Publications, New Jersey. 1995.

[3]. Introdução à fibra de vidro. Disponível em: <http://www.fazfacil.com.br/materiais/fibra_vidro.html>. Acesso em 18 de Dezembro de 2009.

[4]. MOLDEGLASS. O que é a fibra de vidro e suas aplicações. Disponível em: <http://www.modelglass.net/fibradevidro.htm>. Acesso em 18 de Dezembro de 2009.

[5]. JIM LESKO. Design industrial: materiais e processos de fabricação. Ed. Edgard Bluchüer, São Paulo. 2004.

[6]. Processo de laminação. Disponível em: <http://www.embrapol.com.br/hot_resinas/pro_laminacao.html>. Acesso em 18 de Dezembro de 2009.

[7]. OWENS CORNING. Moldagem à pistola – spray-up. Disponível em: <http://www.owenscorning.com.br/sprayup.asp> . Acesso em 18 de Dezembro de 2009.

[8]. OWENS CORNING. Moldagem por centrifugação. Disponível em: <http://www.owenscorning.com.br/centri.asp>. Acesso em 18 de Dezembro de 2009.

[9]. PLASMOLDES. Rotomoldagem. Disponível em: <http://www.plasmoldes.com.br/html/rotomoldagem.html>. Acesso em 18 de 2009.

[10]. CSE Composites. Processo de pultrusão. Disponível em: <http://www.csecomposites.com.br/processo-de-pultrusao.html>. Acesso em 18 de Dezembro de 2009.