Desenvolvimento e inovação em materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci IPEN/USP
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1 Desenvolvimento e inovação em materiais compósitos poliméricos IPEN/USP LANXESS Tech Series, 24 de Maio de 2012
2 Eletricidade Aeroespacial Alimentos Transporte Química/Petroquímica Sucroalcolera Construção Materiais compósitos poliméricos Medicina/Saúde Agricultura Papel/Celulose Esporte/Lazer Automobilística Energia Eólica Náutica/Naval 2
3 3
4 Propriedades mecânicas e propriedades específicas dos principais materiais de engenharia MATERIAL aço (maraging 300) ρ (g/cm 3 ) σ (MPa) σ ρ Ε ( GPa) Ε ρ 7, alumínio 2, berílio 1, titânio 4, f. vidro-e 2, f. vidro-s 2, f. carb.-hm 1, f. carb.-hs 1, aramida 1, aramida HM 1, peróba 0,
5 Ensaios Pesquisa e Análise de Mercado Projeto/Análise de tensões e deformações Mão-de-obra PRODUTO Ferramental Processos Matéria-prima Custo 5
6 botijão de aço botijão compósito/aço/plástico (projeto de 40 anos) 14,9 kg 9,7 kg 6
7 Compósito Material compósito, ou simplesmente compósito, é o material que apresenta dois ou mais componentes quimicamente diferentes, denominados de matriz e fibra, que na escala microscópica mostra uma interface bem definida separando os elementos constituintes que formam o material. 7
8 Compósitos de matriz polimérica Utilizam matrizes termoplásticas, PEEK (poli-éteéter-cetona), PEI poli (eter imida), PSS poli (sulfeto de fenileno) ou termofixas, epóxi e poliéster, por exemplos, e elementos de reforço como fibras de vidro, fibras aramida e fibra de carbono. Particularmente, as resinas termofixas são recomendas para utilização não superior a 200 ºC. 8
9 Fibra de vidro Fibra aramida Fibra de carbono Material de reforço CaCO 3 Absorvedores UV Anti-chama Cargas, agentes e aditivos Resina poliéster Resina viniléster Resina epóxi Matriz polimérica PEI/PPS Desvantagens Materiais compósitos poliméricos Poliamida Vantagens Reduzida resistência ao impacto Degradação das propriedades a elevadas temperaturas Relativa ausência de critérios de projeto Difícil e imprecisa a detecção de defeitos Procedimentos de inspeção são caros e complexos Baixo peso específico Elevada resistência específica Alto módulo específico Ótima resistência à corrosão Liberdade de formas Flexibilidade de projeto 9
10 Compósitos poliméricos aplicações: Aeronáutica e Espaço Naval-Náutica Automobilística Construção Civil Indústria Bélica Lazer aviões, foguetes, satélites lanchas, veleiros, jet-ski carroceria, chassi, freios. casas, telhas, mármore sintético mísseis, bazuca, torpedo piscinas, raquetes, brinquedos, caiaques 10
11 As propriedades de um compósitos são dependentes: - do tipo de fibra: carbono, aramida e vidro - do tipo de matriz polimérica: epóxi, poliéster, estervinílica, PEI, PPS - das proporções entre esses materiais 11
12 O faturamento do segmento em 2011 foi de R$ 2,582 bilhões, com crescimento de 10,4% em relação a Em volume, o crescimento foi de 1,5%, totalizando 208 mil toneladas. Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos 12
13 Consumo de compósitos nos EUA Fonte: Reinforced Plastics, December,
14 Consumo de compósitos no Brasil-2008 outros 2% transporte constr. civil elétrico 2% lazer 5% corrosão 8% náutico 10% energia eólica 16% transporte 30% constr. civil 27% energia eólica náutico corrosão lazer elétrico outros 190 mil toneladas e faturamento bruto de R$2,2 bilhões Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos 14
15 15
16 Brasil 0,66 kg/hab/ano EUA 4,50 kg/hab/ano Europa 6,00 kg/hab/ano Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos 16
17 Mas por que utilizar materiais compósitos? 17
18 Benefícios dos materiais compósitos poliméricos Menor peso Elevada da resistência mecânica Elevada resistência a fadiga Elevada resistência e módulo específicos Estabilidade dimensional Elevada resistência ao ataque de produtos químicos Processabilidade/Redução das etapas de produção Flexibilidade de Projeto 18
19 Um dos requisitos nos projetos atuais de veículos é a redução de peso E isso se traduz na otimização do projeto, bem como na seleção de materiais mais leves Lightweighting É o processo de redução de peso de um produto, componente ou sistema para o propósito de melhorar o desempenho, o suporte operacional (durabilidade, reparabilidade) e capacidade de sobrevivência (impacto). 19
20 Ford anuncia parceria com a Dow Química para expandir o uso de fibra de carbono em veículos A Ford anunciou uma parceria com a Dow Automotive Systems para pesquisar a aplicação de compostos avançados de fibra de carbono em carros de alto volume. O acordo faz parte da meta da Ford de reduzir o peso de seus veículos em cerca de 340 kg, até o final da década, para aumentar a economia de combustível. Fonte: Ford 19/04/12 20
21 Os compostos de fibra de carbono têm sido usados há décadas na indústria aeroespacial e carros de competição, devido à sua combinação única de alta resistência e baixo peso. Até recentemente, esses materiais eram muito caros para uso em produtos de alto volume de produção. O acordo da Ford com a Dow Automotive Systems prevê a colaboração dos pesquisadores em diversas frentes, com foco na criação de fontes econômicas de fibra de carbono e métodos de produção de alto volume para aplicação automotiva. Fonte: Ford 19/04/12 21
22 Expansão do consumo de fibra de carbono Fonte: 22
23 Concepção, desenvolvimento e aplicação de processo e materiais leves Economia final aprimorada Melhor desempenho 23
24 Quando em um projeto se opta por novos materiais, as primeiras interrogações geralmente colocadas são: Quais são suas propriedades? São eles melhores do que os disponíveis no mercado? Essas perguntas assumem um papel ainda mais relevante quando se aborda os compósitos poliméricos, dada as inúmeras possibilidades de formação (construção) do material. 24
25 CUSTO PRODUTIVIDADE QUALIDADE 25
26 CUSTO PRODUTIVIDADE QUALIDADE DESEMPENHO e ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL 26
27 Produto Lanxess 27
28 28
29 Artliber Editora Código
30 30
31 31
32 BOEING
33 33
34 34
35 metal sheets assembly composites Textile Forming Preformed RTM/RTM Light 35
36 Materials Characterization 36
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