Compósitos em Embarcações

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Trabalho para a disciplina Materiais de Construção Mecânica II do IMT do ano de 2011 baseado no artigo "Fire Safety of composites in the US Navy" dos autores Usman Sorathia, John Ness e Michael Blum

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Compósitos em Embarcações

  1. 1. Compósitos em Embarcações<br />Emprego em navios da marinha americana<br />Gustavo Torres Pessoa...<br />Gabriel Matos da Silva.....<br />Rafael Alves de Oliveira...<br />.....RA: 08.01835-9<br />.....RA: 08.03306-4 <br />.....RA: 09.00301-0<br />
  2. 2. O que são compósitos?<br />Materiais compósitos são aqueles que possuem pelo menos dois componentes ou duas fases, com propriedades físicas e químicas nitidamente distintas, em sua composição. <br />Os materiais que podem compor um material compósito podem ser classificados em dois tipos: matriz e reforço.<br />
  3. 3. Matriz<br />O material matriz é o que confere estrutura ao material compósito, preenchendo os espaços vazios que ficam entre os materiais reforços e mantendo-os em suas posições relativas e transmitindo tensão.<br />Exemplos: Epóxi, polietileno, polipropileno, parafina, nylon. Basicamente qualquer resina que faça união de dois materiais.<br />Composição química da resina Epóxi.<br />
  4. 4. Reforço ou Aditivo<br />Os materiais reforços são os que realçam propriedades mecânicas, eletromagnéticas ou químicas do material compósito como um todo. Normalmente aparecem na forma de fibras.<br />Exemplos: Fibras de vidro, carbono, aramida, alumina, boro e outros.<br />Fibra de carbono.Alumina,<br />
  5. 5. Por que usar compósitos?<br />Durante os últimos dez anos, tem crescido o interesse em desenvolvimento de compósitos para a fabricação de estruturas, primárias e secundárias.<br />Esse crescente interesse em material compósito é guiado pela necessidade de redução de peso, facilitar manutenção, aumento de blindagem e principalmente criar uma alternativa ao uso de metais em componentes de todas as finalidades com menor custo por ciclo de vida, vida útil maior. <br />
  6. 6. Compósitos na Marinha Americana<br />A marinha americana atualmente usa como matriz de seus compósitos bromato de vinil - ester com fibra de vidro, como cobertura de seus navios de superfície. Essa resina foi selecionada devida a sua alta resistência a corrosão. Bromo e sua resina é um eficaz retardante de incêndios especialmente quando combinado com oxigênio, alem de evitar a dissipação do fogo e do calor.<br /> Contudo esse retardante funciona primariamente na sua fase de gás causando combustão incompleta.<br />
  7. 7. USS Radford<br />O encouraçado de guerra norte americano USS Radford é um exemplo de um navio de superfície que teve materiais compósitos em sua estrutura.<br />
  8. 8. Problema dos compósitos navais americanos <br />A marinha americana atualmente usa como matriz de seus compósitos o bromato de vinil – éster e fibra de vidro, como cobertura de seus navios. <br />Essa resina foi selecionada devido a sua alta resistência a corrosão. Bromo e sua resina é um eficaz retardante de incêndios especialmente quando combinado com oxigênio, alem de evitar a dissipação do fogo e do calor. <br />Contudo esse retardante funciona primariamente na sua fase de gás causando combustão incompleta. <br />
  9. 9. Solução encontrada<br />O Centro de Pesquisa Bélica Naval (NSWCCD) americana tem estudado e desenvolvido pesquisas que levaram à identificação, otimização e organização de matrizes não halogenadas orgânicas com baixo índice de poluente e resistente a combustão alem de ser uma opção ambientalmente mais inteligente e com propriedades comparáveis às resinas a base de bromo.<br />
  10. 10. Manufatura<br />Nos primeiros estágios vários compósitos a base de resinas de Vinil – Ester, epóxi, bromato de bisfenol A e outros eram fabricados usando molde e infusão.<br />A resina era curada a temperatura ambiente com presença de catalisadores. Posteriormente eram curados a 70 graus Celsius por um período de seis horas.<br />Molde de injeção a vácuo.<br />
  11. 11. O Experimento<br />Para selecionar a resina, foram considerados, o tempo até a ignição, quantidade de fumaça gerada, quantidade de CO e compostos halogenados liberados e perda de massa para os fluxos de 25, 50 e 75 kW/m²,.<br />Os resultados mais favoráveis foram os da amostra #1167 – resina epóxi de vinil-éster não bromada<br />
  12. 12. Amostras Aditivadas<br />Selecionada a resina, os novos testes seriam conduzidos aditivando a amostra.<br />O processo de moldagem teve de ser alterado por causa de propriedades dos aditivos. Foi feita a laminação manual seguida de um processo a vácuo (vacuum-bag).<br />Foram feitas peças com os seguintes aditivos:<br />Aditivo para o aumento de Carbono Condensado na Queima;<br />Polímero com Camadas de Nano Compósitos de Silicato;<br />Alumínio Tri-Hidratado (ATH);<br />Aditivo de Siloxano em pó.<br />
  13. 13. A Laminação Manual e Bolsa de Vácuo<br />
  14. 14. O Processo VARTM<br />Vacuum-assistedResinTransferMolding – Modelagem por Transferência Vacuo-assistida de Resina, também chamada de Infusão a Vácuo<br />
  15. 15. Discussão e Resultados<br />Os testes dos retardantes de fogo no calorímetro cônico forneceram dados sobre picos e médias das taxas de liberação de calor, produção de fumaça e percentagem de CO para as resinas de éster-vinil com e sem aditivos. O teste foi conduzido em três diferentes fluxos para simular grandes e pequenos incêndios.<br />Em um primeiro momento estudamos resinas epóxi bromadas e não bromadas de vinil - ester. E selecionamos o segundo tipo para mais estudos, pois apresentou melhores índices para os critérios acima descritos.<br />Em seguida, refizemos os testes para resinas aditivadas com substâncias retardantes de fogo. Utilizamos quatro diferentes aditivos selecionados com base no potencial de diminuir a liberação de calor de cada um.<br />Todos os aditivos foram eficazes quanto à diminuição da liberação de calor.<br />
  16. 16. Gráficos e Tabela <br />Comparativo das taxas de liberação de calor entre as varias resinas testadas<br />
  17. 17. Comparativo das taxas de liberação de calor entre as amostras aditivadas<br />
  18. 18. Tabela onde observamos os resultados para os testes com as resinas aditivadas. Tempo até a ignição, valor máximo de liberação de calor, quantidade de massa perdida com o aquecimento picos de monóxido de carbono etc<br />
  19. 19. Teste de impacto para alguns materiais usados na fabricação de cascos de embarcações<br />

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