Existe uma ampla variedade de matérias-primas para compósitos, incluindo resinas, fibras e materiais de núcleo, e cada material possui propriedades únicas de resistência, rigidez, tenacidade e estabilidade térmica, com custos e rendimentos variáveis. No entanto, o desempenho final de um material compósito como um todo não está relacionado apenas à matriz de resina e às fibras (bem como ao material de núcleo em uma estrutura sanduíche), mas também está intimamente ligado ao método de projeto e ao processo de fabricação dos materiais na estrutura. Neste artigo, apresentaremos os métodos de fabricação de compósitos mais comuns, os principais fatores que influenciam cada método e como as matérias-primas são selecionadas para diferentes processos.
Moldagem por aspersão
1. Descrição do método: o material de reforço de fibra curta e o sistema de resina são pulverizados simultaneamente no molde e, em seguida, curados sob pressão atmosférica para formar produtos compósitos termofixos em um processo de moldagem.
2. Seleção de materiais:
Resina: principalmente poliéster
Fibra: fio de fibra de vidro grosso
Material do núcleo: nenhum, precisa ser combinado apenas com compensado.
3. Principais vantagens:
1) Longa história de artesanato
2) Deposição rápida e de baixo custo de fibra e resina.
3) Baixo custo do molde
4. As principais desvantagens:
1) A madeira compensada forma facilmente áreas ricas em resina, resultando em alto peso.
2) Somente fibras de corte curto podem ser usadas, o que limita seriamente as propriedades mecânicas da madeira compensada.
3) Para facilitar a pulverização, a viscosidade da resina precisa ser suficientemente baixa, comprometendo as propriedades mecânicas e térmicas do material compósito.
4) O alto teor de estireno na resina de pulverização significa que existe um alto risco potencial para o operador, e a baixa viscosidade significa que a resina pode penetrar facilmente nas roupas de trabalho do funcionário e entrar em contato direto com a pele.
5) A concentração de estireno volátil no ar é difícil de atingir dentro dos limites legais.
5. Aplicações típicas:
Cercas simples, painéis estruturais de baixa carga, como carrocerias de carros conversíveis, carenagens de caminhões, banheiras e barcos pequenos.
Moldagem por laminação manual
1. Descrição do método: infiltração manual da resina nas fibras, que podem ser tecidas, trançadas, costuradas ou coladas por outros métodos de reforço. A moldagem por laminação manual geralmente é feita com rolos ou pincéis, e então a resina é pressionada com um rolo de cola para penetrar nas fibras. A madeira compensada é colocada sob pressão normal para curar.
2. Seleção de materiais:
Resina: sem requisitos específicos; resinas epóxi, poliéster, éster à base de polietileno e resinas fenólicas estão disponíveis.
Fibra: sem requisitos, mas o peso base da fibra de aramida maior dificulta a infiltração na estrutura feita à mão.
Material principal: sem requisitos
3. As principais vantagens:
1) Longa história da tecnologia
2) Fácil de aprender
3) Baixo custo de molde se for utilizada resina de cura à temperatura ambiente
4) Ampla variedade de materiais e fornecedores
5) Alto teor de fibras, fibras mais longas utilizadas do que no processo de pulverização
4. Principais desvantagens:
1) A mistura da resina, o teor de resina do laminado e a qualidade estão intimamente relacionados à habilidade do operador; é difícil obter um laminado com baixo teor de resina e baixa porosidade.
2) Riscos da resina para a saúde e segurança: quanto menor o peso molecular da resina de laminação manual, maior o potencial de ameaça à saúde; quanto menor a viscosidade, maior a probabilidade de a resina penetrar nas roupas de trabalho dos funcionários e, assim, entrar em contato direto com a pele.
3) Se não houver uma boa ventilação, a concentração de estireno evaporado de poliéster e ésteres à base de polietileno no ar dificilmente atenderá aos requisitos legais.
4) A viscosidade da resina para aplicação manual precisa ser muito baixa, portanto o teor de estireno ou outros solventes deve ser alto, o que resulta na perda das propriedades mecânicas/térmicas do material compósito.
5) Aplicações típicas: pás de turbinas eólicas padrão, barcos produzidos em massa, maquetes arquitetônicas.
Processo de ensacamento a vácuo
1. Descrição do método: O processo de ensacamento a vácuo é uma extensão do processo de laminação manual descrito acima, ou seja, uma camada de filme plástico é selada no molde para laminação manual de madeira compensada a vácuo, aplicando-se pressão atmosférica à madeira compensada para obter o efeito de exaustão e compactação, a fim de melhorar a qualidade do material compósito.
2. Seleção de materiais:
Resina: principalmente resinas epóxi e fenólicas; resinas de poliéster e éster à base de polietileno não são aplicáveis, pois contêm estireno, que volatiliza na bomba de vácuo.
Fibra: sem exigência, mesmo que o peso base das fibras maiores possa ser infiltrado sob pressão.
Material principal: sem requisitos
3. Principais vantagens:
1) É possível obter um teor de fibras superior ao do processo de laminação manual padrão.
2) O índice de vazios é menor do que no processo padrão de laminação manual.
3) Sob pressão negativa, a resina flui suficientemente para melhorar o grau de infiltração das fibras; naturalmente, parte da resina será absorvida pelos consumíveis de vácuo.
4) Saúde e segurança: o processo de ensacamento a vácuo pode reduzir a liberação de substâncias voláteis durante o processo de cura.
4. Principais desvantagens:
1) Processos adicionais aumentam o custo da mão de obra e do material descartável para sacos de vácuo.
2) Requisitos de qualificação mais elevados para os operadores
3) A mistura da resina e o controle do seu teor dependem em grande parte da habilidade do operador.
4) Embora os sacos a vácuo reduzam a liberação de substâncias voláteis, o risco à saúde do operador ainda é maior do que o dos processos de infusão ou pré-impregnação.
5. Aplicações típicas: iates de grande porte, de edição limitada, peças para carros de corrida, processo de construção naval para colagem do material central.
Moldagem por enrolamento
1. Descrição do método: O processo de enrolamento é basicamente utilizado para fabricar peças estruturais ocas, redondas ou ovais, como tubos e calhas. Feixes de fibra são impregnados com resina e, em seguida, enrolados em um mandril em várias direções. O processo é controlado pela máquina de enrolamento e pela velocidade do mandril.
2. Seleção de materiais:
Resina: sem requisitos específicos, como epóxi, poliéster, éster à base de polietileno e resina fenólica, etc.
Fibra: sem requisitos, uso direto dos feixes de fibra da bobina, sem necessidade de tecer ou costurar para formar o tecido de fibra.
Material do núcleo: não há exigência, mas a camada externa geralmente é um material compósito de camada única.
3. As principais vantagens:
(1) A alta velocidade de produção é uma forma econômica e razoável de montagem.
(2) O teor de resina pode ser controlado medindo a quantidade de resina transportada pelos feixes de fibra que passam pelo sulco de resina.
(3) Custo da fibra minimizado, sem processo de tecelagem intermediário
(4) excelente desempenho estrutural, pois os feixes de fibras lineares podem ser dispostos ao longo das diversas direções de suporte de carga.
4. Principais desvantagens:
(1) O processo é limitado a estruturas ocas redondas.
(2) As fibras não são facilmente e precisamente dispostas ao longo da direção axial do componente.
(3) Custo mais elevado da moldagem positiva com mandril para peças estruturais de grandes dimensões
(4) A superfície externa da estrutura não é uma superfície moldada, portanto a estética é pior.
(5) A utilização de resina de baixa viscosidade exige atenção às propriedades mecânicas e ao desempenho em termos de saúde e segurança.
Aplicações típicas: tanques e tubulações para armazenamento de produtos químicos, cilindros, cilindros de respiração para bombeiros.
Moldagem por pultrusão
1. Descrição do método: o feixe de fibras impregnado com cola, a partir do suporte da bobina, passa por uma placa de aquecimento para completar a infiltração da resina nas fibras, controlando o teor de resina. O material é então curado e adquire o formato desejado. O produto curado, com o formato definido, é cortado mecanicamente em diferentes comprimentos. As fibras também podem entrar na placa de aquecimento em direções diferentes de 0 graus. A extrusão e a moldagem por estiramento são processos de produção contínuos, nos quais a seção transversal do produto geralmente possui um formato fixo, permitindo pequenas variações. O material pré-umedecido, fixado e espalhado na placa de aquecimento, cura imediatamente. Embora esse processo seja menos contínuo, permite a alteração do formato da seção transversal.
2. Seleção de materiais:
Resina: geralmente epóxi, poliéster, éster à base de polietileno e resina fenólica, etc.
Fibra: sem requisito
Material principal: não é comumente usado
3. Principais vantagens:
(1) A alta velocidade de produção é uma forma econômica e razoável de pré-umedecer e curar materiais.
(2) controle preciso do teor de resina
(3) minimização do custo da fibra, sem processo de tecelagem intermediário
(4) excelentes propriedades estruturais, porque os feixes de fibras estão dispostos em linhas retas, a fração volumétrica de fibras é alta
(5) A área de infiltração de fibras pode ser completamente selada para reduzir a liberação de voláteis.
4. As principais desvantagens:
(1) o processo limita a forma da seção transversal
(2) Custo mais elevado da placa de aquecimento
5. Aplicações típicas: vigas e treliças de estruturas habitacionais, pontes, escadas e cercas.
Processo de Moldagem por Transferência de Resina (RTM)
1. Descrição do método: Fibras secas são dispostas no molde inferior, que pode ser pré-pressurizado para que as fibras se ajustem ao máximo ao formato do molde e sejam unidas adesivamente; em seguida, o molde superior é fixado sobre o molde inferior para formar uma cavidade, e a resina é injetada nessa cavidade. A injeção e infiltração de resina assistida por vácuo, conhecida como Injeção de Resina Assistida por Vácuo (VARI), é comumente utilizada. Uma vez concluída a infiltração das fibras, a válvula de introdução da resina é fechada e o compósito é polimerizado. A injeção e a polimerização da resina podem ser realizadas à temperatura ambiente ou sob aquecimento.
2. Seleção de Materiais:
Resina: geralmente resina epóxi, poliéster, polivinil éster e resina fenólica; a resina bismaleimida pode ser usada em altas temperaturas.
Fibra: sem requisitos. A fibra costurada é mais adequada para este processo, pois o espaço entre o feixe de fibras facilita a transferência da resina; existem fibras especialmente desenvolvidas que podem promover o fluxo de resina.
Material do núcleo: a espuma celular não é adequada, pois as células em forma de favo de mel serão preenchidas com resina e a pressão fará com que a espuma colapse.
3. As principais vantagens:
(1) Maior fração de volume de fibra, baixa porosidade
(2) Saúde e segurança, ambiente de operação limpo e organizado, pois a resina está completamente selada.
(3) Reduzir o uso de mão de obra
(4) As faces superior e inferior das peças estruturais são superfícies moldadas, o que facilita o tratamento de superfície subsequente.
4. Principais desvantagens:
(1) Os moldes usados em conjunto são caros, pesados e relativamente volumosos para suportar maior pressão.
(2) limitada à fabricação de peças pequenas
(3) Áreas não molhadas podem ocorrer facilmente, resultando em uma grande quantidade de sucata.
5. Aplicações típicas: peças pequenas e complexas de ônibus espaciais e automóveis, assentos de trem.
Data da publicação: 08/08/2024
