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Compósitos - Seminário Ampera Racing, UFSC 2018
O documento discute os compósitos e suas vantagens, resumindo: (1) Os compósitos são materiais compostos por pelo menos dois componentes com propriedades distintas que, quando combinados, formam um material com novas propriedades; (2) As fibras de carbono são amplamente usadas em compósitos devido às suas altas propriedades mecânicas e baixo peso; (3) Os processos de produção de compósitos, como pré-impregnados, afetam a produtividade e desempenho do material final.
Compósitos - Seminário Ampera Racing, UFSC 2018
- 1. A utilização doscompósitos e suas vantagens Luís Fernando T. Barbi Coord. de Vendas TEXIGLASS
- 2. PRIMEIRO COMPÓSITO =MADEIRA RESULTANTE DE FIBRA DE CELULOSE + RESINA NATURAL
- 3. O que éplástico reforçado? Matriz polimérica Reforço Plástico Reforçado (Compósito) Termo utilizado mundialmente é Composite, na tradução: Compósito Significado: Compósitos são aqueles que possuem pelo menos dois componentes, com propriedades físicas e químicas nitidamente distintas em sua composição. Separadamente, os constituintes do compósito mantém suas características porém, quando misturados, formam um composto com propriedades impossíveis de se obter com apenas um deles. (Fonte: Wikipedia)
- 4. INÍCIO DO USODE COMPÓSITOS • Início do uso de compósitos no Brasil em meados da década de 70; Reforço de caixas d’agua, orelhões, piscinas, etc.; • Havia pouco conhecimento da indústria; Na época utilizavam fio de fibra picada e mantas (fibra de vidro); • Primeiras aplicações de tecidos em discos de abrasivos e pranchas de surf; • Indústria iniciou a utilização em escala na década de 80. Aeronáutico, náutico, elétrico, etc. EUA década de 1950
- 5. O que sãoos reforços? Ponto de vista em compósitos • Materiais leves; • Altas propriedades mecânicas; Módulo de elasticidade, resistência à tração, flexão, compressão, impacto, etc. • Utilizados em forma de fios contínuos (roving ou torcidos), fibra picada, mantas, TECIDOS, etc.; • Absorve impacto e dissipa energia; • Fios recebem o “Sizing”* específico para melhor molhagem da resina. * Sizing = Acabamento que a fibra recebe na fabricação para melhorar a interface entre matriz e reforço (Adesão).
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- 7. TIPOS DE FIBRAS Fibrade vidro Fibra de carbono Fibra de aramida ... e/ou híbridos (mescla de fibras), fibras naturais (boro, cisal, etc.)
- 8. O que sãotecidos de reforços? • São fibras entrelaçadas, tecido propriamente dito; • Resistência do tecido varia de acordo com a densidade dele (medido por gramatura = g/m²); • Quanto mais pesado o tecido, maiores são as cargas; • Tem baixa deformação (máximo 3%); • Podem ser híbridos e mesclarem até três fibras diferentes (V + C + A); • Os fios que compõem os tecidos são chamados de trama e urdume; • Urdume: Fios no sentido do comprimento (longitudinal); • Trama: Fios no sentido da transversal; • Ourela: Beirada do tecido (amarração).
- 9. FIBRA DE CARBONO •Fibra sintética multifilamento, derivado do polímero (PAN – Poliacrilonitrila); • Baixo peso e alta resistência; • Propriedades bem superiores ao aço; • Leve como madeira e plástico; • Ruptura brusca. Principais aplicações: • Aeronaves e foguetes; • Peças hospitalares e ortopédicas; • Moldes; • Carros e bicicletas de corrida; • Reforço estrutural em vigas e colunas;
- 10. Então, porque tecidosde fibra de carbono? • Altas propriedades mecânicas; • Baixo peso; • Rigidez; • Apelo estético; • Estabilidade dimensional; • Garantia de uniformidade de espessura; • Cálculos precisos de resistência; • Direcionamento preciso de esforços;
- 11. TECELAGENS • TELA “plain”:É a tecelagem mais conhecida (1x1), ou seja, um fio por cima e outro por baixo Vantagens: • Fios mais amarrados; • Fibras mais próximas; • Estáveis; Desvantagem: • Pouco maleável; TECIDOS DE FIBRA DE CARBONO • BID 200g/m² • BID 400g/m²
- 12. • SARJA “twill”*:Pode ser feita de diversas maneiras (2x2*, 3x1, 3x2) ou seja, dois fios passando por cima e dois por baixo, três por um, etc... Vantagens: • Conformam bem peças e moldes curvos; • Maleável; • Fibras mais soltas; • Boa fluidez. Desvantagens: • Tramas pouco estáveis; • Baixo atrito das fibras. TECELAGENS TECIDOS DE FIBRA DE CARBONO • BID 200g/m² • BID 320g/m² • BID 480 g/m² • BID 640 g/m²
- 13. • CETIM: Tecelagemonde se consegue agrupar o maior número de fios em um centímetro, ou seja, passam-se de 4 a 8 fios por cima e apenas um por baixo • Utilização em geometria complexas; • Extremamente maleável; • Fios finos • Boa molhagem • Custo mais elevado; TECELAGENS TECIDO DE FIBRA DE CARBONO • BID 400g/m²
- 14. • UNIDIRECIONAL: Maiorquantidade de fios/cm no Urdume do que na Trama, ou vice-versa. • Direcionamento do esforço adequado; • Custo; • Pode ser de trama para adequar ao processo; • Baixa resistência no sentido que tem pouca fibra. TECELAGENS TECIDOS DE FIBRA DE CARBONO • UD 330 g/m² • UD 600 g/m² • UD 810 g/m² • UD 900 g/m²
- 15. Gráfico de tensãoe deformação Relação Fibra x Resina INFUSÃO À VACUO HAND LAY UP HAND LAY UP HAND LAY UP Este gráfico demonstra bem que quanto mais rica em reforço for a relação “fibra x resina” maior é a tensão (resistência).
- 16. INFUSÃO À VACUO HANDLAY UP PREPREGS Performances X Processos A chave do sucesso está na análise prévia do processo a ser utilizado na laminação da fibra de carbono. Pontos cruciais: • Produtividade • Peso x Resistência • Vida útil
- 17. Performances X Processos Emtodos estes métodos Adiciona-se a resina sobre uma fibra seca Spray up Infusão
- 18. Termofixas (poliéster, epóxi, fenólicae vinil éster) Termoplásticas (poliamida, PET, PEEK, PPS, etc.) MATRIZES PRE PREGS Trata-se um tecido de reforço previamente impregnado com resina.
- 19. • (TERMOFIXO): Polímerode cura irreversível. PRE PREGS • Epóxi e fenólica; • Frete e armazenamento refrigerado; • Cura por ciclo de temperatura (horas); • Pode-se aplicar vácuo • Etilizar estufa para cura e/ou autoclave; • Não reciclável (pode ser feito reuso); • Média de temperaturas de trabalho 130º / 155º / 190º / 240º.
- 20. • (TERMOPLÁSTICO): Polímerode cura por termoformagem PRE PREGS • PA, PP, PEEK, PEK, PPS, etc; • Características diversas de dureza; • Fornecidos em tecidos e lâmina pré formadas; • Rápida conformação (2 min); • Prensagem a quente; • Reutilizável; • Reciclável • Média de temperaturas de trabalho: 150º / 190º / 240º / 270º / 350º.
- 21. COMPARATIVO ENTRE ASFIBRAS: PROPRIEDADES MECÂNICAS Propriedade Unidade Fibra de Vidro Fibra Aramida Fibra de Carbono Densidade g/cm³ 2,66 1,44 1,76 Resistência à tração MPa 2000 2950 4500 Nota: Pode-se dizer que um tecido de fibra de vidro de 500g/m², pode ser substituído por um tecido de aramida de 200g/m² ou um tecido de fibra de carbono 150g/m² Elongação % 3,0 2,7 1,9 Módulo de Elasticidade GPa 82 107 240
- 22. Material Densidade (g/cm³) Mód. de Elast. (GPa) Resist.à Tração (MPa) Aço 1010 7,87 207 365 Alumínio 6061 2,70 69 310 Compósito Carbono+Epóxi 1,55 138 1550 Compósito Aramida+Epóxi 1,38 76 1378 Compósito Vidro E+Epóxi 1,85 39 965 FERROSOS X COMPÓSITOS
- 23. DIFERENÇA DE PRODUTIVIDADE PREPREGS Grosso modo, pode-se dizer que enquanto que com o pre- preg feito a partir de resinas termofixas pode-se fabricar uma peça por dia, com o pre-preg termoplástico pode-se fabricar uma peça menos de uma hora. Dependendo do processamento, podem-se obter até várias peças por hora. Produção com prepreg termofixo Produção com prepreg termoplástico
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