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1 PEE 352*5$0$ '( (63(&,$/,=$d 2 (0 (1*(1+$5,$ 0$18)$785$ Materiais Compostos Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 1

2 OBJETIVOS DO PROGRAMA: Suprir necessidades futuras da DPR em mão de obra de engenharia; Formar engenheiros com visão sistêmica de área produtiva. OBJETIVOS DA DISCIPLINA: Fornecer noções básicas de matérias-primas (tipos e características), processos de fabricação, vantagens e desvantagens, requisitos ambientais, acabamento, inspeção e tolerâncias relacionados à tecnologia de materiais compostos, assim como as aplicações atuais dos compostos nos produtos EMBRAER. CARGA HORÁRIA: Teórico: 16 horas Prático: 08 horas Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 2

3 ÍNDICE Introdução Generalidades Desenvolvimento na Embraer Definição O que se entende por Material Composto? Porque se usa Material Composto Principais fatores que alteram diretamente as propriedades dos Materiais Compostos Processos de fabricação existentes na Embraer Laminação manual utilizando pré-impregnados Processo de impregnação manual Matérias primas Matriz aglutinante (resina) Reforços Formas de reforços Padrões de trama de tecido Nomenclatura para Yarns de fibra de vidro Variáreis para especificação dos Tecidos e Tapes de fibra de vidro Tecidos de Aramida Materiais pré-impregnados Reforços Híbridos Núcleos Materiais do núcelo Adesivos Processos de fabricação Processos básicos de fabricação de Materiais Compostos Impregnação Manual Moldagem em Autoclave Material auxiliar utilizado para fabricação Desmontagem Acabamento das peças Usinagem em Materiais Compostos Inspeção Defeitos negligíveis (superficiais) Defeitos rejeitáveis Acabamento estético em peças de Material Composto Pintura Revestimento vinílico Gabaritos Fabricação Gabaritos Metálicos Gabaritos de Material Composto Molde Metálico X Molde de Material Composto Reparos Outros Processos Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 3

4 INTRODUÇÃO GENERALIDADES A necessidade de fabricação de produtos que atendessem às novas especificações de desempenho conduziu a procura de novos materiais, dentre eles os plásticos, que não eram capazes de atender a todas as características necessárias. O desenvolvimento de materiais compostos tem sido motivo de interesse não só para a indústria aeronáutica, que está tentando encontrar materiais mais leves para suas aeronaves, como também para agências de governo, que têm seu próprio departamento de pesquisa, com a finalidade de aplicar tecnologia de compostos em seus próprios produtos. O assunto também tem despertado interesse cada vez maior por parte das empresas que fabricam estruturas ou peças em materiais compostos, como barcos, cadeiras, contêineres, vasos de pressão, etc., e em fabricantes de fibras e resinas. Copiando a natureza e a construção civil, que associa madeira à argila, pedras ao cimento, na aeronáutica associamos fibras à resina, ou seja, reforços a uma matriz. Os compostos representam uma nova tendência da construção aeronáutica mundial, e possibilitam grandes saltos tecnológicos na aviação militar e civil. Atualmente, as áreas de maior penetração de materiais compostos são: Aviação em geral; Indústria automotiva ex. carroceria; Indústria aeroespacial ex. satélites e veículos lançadores. Indústria bélica ex. mísseis e torpedos. Medicina ex. próteses em geral. Material composto é a associação de uma matriz com reforços, o que conduz à obtenção de um material com propriedades superiores a das matérias-primas que o constitui. Durante a segunda guerra mundial, a escassez de matéria-prima metálica aumentou a busca por alternativas ao aço e alumínio. A melhor alternativa encontrada foi a fibra de vidro com resina poliéster, para alguns revestimentos de fuselagem. A partir daí, sua utilização começou a aumentar, chegando até às aplicações estruturais, principalmente para estruturas espaciais. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 4

5 Figura 1-14 bis Os materiais compostos estão presentes nas aeronaves desde o início, quando se utilizava tecidos impregnados com resina para revestimentos (asa, fuselagem, etc.). O avião 14 bis do brasileiro Santos Dumont (Figura 1) é um bom exemplo. DESENVOLVIMENTO NA EMBRAER Os primeiros passos no desenvolvimento de material composto na EMBRAER ocorreram em 1969, com o processo de impregnação manual (carenagem asa/fuselagem), nos primeiros Bandeirantes. Daí para frente, houve um crescimento muito rápido na aplicação dos compostos, chegando-se ao Brasília (EMB 120), que possuía flaps em fibra de carbono. O impulso definitivo para utilização de material composto em peças estruturais foi dado pelo programa MD-11(Figura 2), que consistiu no projeto, fabricação e montagem do seu flap de 9 m (Figura 3),confeccionado com quase 100% de fibra de carbono/resina epóxi. Alguns componentes em material composto das aeronaves Tucano (Figura 4) e dos jatos reginais ERJ-170/190 (Figura 6) são mostrados na Figuras 5 e 7. Além disto, o interior do Brasília foi desenvolvido com os assentos e revestimentos internos em compostos, atendendo rígidos requisitos de segurança em caso de acidentes, inclusive com baixa emissão de gases e fumaça em um eventual incêndio. Figura 2 Aeronave MD-11 Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 5

6 Figura 3 - Flap MD11 fibra de carbono Figura 4 -Tucano Figura 5 EMB 314 Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 6

7 Figura 6 ERJ 170/190 Figura 7 Materiais compostos no ERJ 170/190 Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 7

8 DEFINIÇÃO O QUE SE ENTENDE POR MATERIAL COMPOSTO? Material Composto é a combinação de dois ou mais componentes que, juntos, resultam num material com propriedades superiores aos que o constituem, como alta rigidez, alta resistência específica, etc. Os principais componentes dos compostos são o reforço (fibra) e a matriz aglutinante (resina). Freqüentemente, esse sistema tem rigidez aumentada pela utilização de materiais de enchimento (núcleo de colméia, espuma, etc). Logo: MATRIZ AGLUTINANTE (RESINA) REFORÇO (FIBRA) MATERIAL COMPOSTO Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 8

9 PORQUE SE USA MATERIAL COMPOSTO Existem pontos positivos e negativos no uso de material composto. Dentre eles, os principais são: a) PONTOS POSITIVOS: Economia de mão-de-obra. Alta resistência específica e rigidez. Aumento da vida em serviço. Ausência de corrosão. Maior resistência à fadiga. Redução do número de partes. Obtenção de geometrias complexas. Baixo peso. b) PONTOS NEGATIVOS: Custo da matéria-prima. Usinagem limitada. Absorção de umidade. Ensaios (Campanha de Allowables). Inspeção rigorosa. Armazenamento da matéria-prima (Material perecível). Custo Ferramental. PRINCIPAIS FATORES QUE ALTERAM DIRETAMENTE AS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS COMPOSTOS ORIENTAÇÃO DAS FIBRAS TIPO DE FIBRA COMPRIMENTO DAS FIBRAS RELAÇÃO VOLUMÉTRICA FIBRA-RESINA )$725(6 TIPO DE RESINA TEMPERATURA E PRESSÃO DE MOLDAGEM CONDIÇÕES DE CURA ETC. HÍBRIDO Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 9

10 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO EXISTENTES NA EMBRAER Atualmente na Embraer são aplicados os seguintes processos para fabricação de peças em material composto: LAMINAÇÃO MANUAL UTILIZANDO PRÉ-IMPREGNADOS PROCESSO IMPREGNAÇÃO MANUAL Ambos os processos são executados em salas especiais com controle ambiental, essas salas são conhecidas como salas limpas ou salas brancas. A pressão, temperatura, umidade e a quantidade de partículas em suspensão são monitoradas e controladas de acordo com normas técnicas específicas. LAMINAÇÃO MANUAL UTILIZANDO PRÉ-IMPREGNADOS Consiste na fabricação de peças de materiais compostos por meio de laminação manual de camadas de tecido pré-impregnado com resina sobre um molde (Figura 8) com posterior cura em autoclave. Figura 8 Laminação de uma peça na sala branca. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 10

11 PROCESSO IMPREGNAÇÃO MANUAL Consiste, basicamente, na deposição da resina sobre o reforço durante a laminação por meio do uso de pincéis, pistolas, etc. O seu fluxo produtivo é mostrado na Figura 9. Corte de material préimpregnado Preparação do molde Laminação de camadas, núcleos e filmes adesivos Inspeção Inspeção do ciclo de cura Cura em autoclave Preparação da bolsa de vácuo Desmoldagem Furação e instalação de insertos Recorte e acabamento Pintura Inspeção por ultra-som Inspeção dimensional Figura 9 Fluxo produtivo de uma peça pre-preg Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 11

12 MATÉRIAS-PRIMAS MATRIZ AGLUTINANTE (RESINA) a) DEFINIÇÃO GERAL As resinas utilizadas em materiais compostos têm por finalidade básica formar uma liga com os reforços de modo a: Transmitir por meio do cisalhamento os esforços entre os filamentos. Proteger os filamentos da abrasão mútua, danos e meios de degradação. Atuar como um meio de transferência de carga, para filamentos descontínuos e quebrados. b) MATÉRIAS-PRIMAS Os pre-pregs utilizados pela EMBRAER são: Tecido de fibra de vidro / resina epóxi. Tecido de fibra de vidro / resina fenólica. Tecido de fibra de carbono / resina epóxi. Tecido de fibra de carbono / resina fenólica. Tecido de fibra de aramida (Kevlar â) / resina epóxi. Tecido de fibra de aramida (Kevlar â) / resina fenólica. Tape de fibra de carbono / resina epóxi. b1) RESINA EPÓXI: Tem excepcional resistência química e elevada resistência às tensões. b2) RESINAS FENÓLICAS: São usadas, basicamente, em substituição às resinas epóxi convencionais, devido à resistência ao calor, vide Figura 10, e baixa emissão de fumaça (requisitos básicos para a homologação de aeronaves). b3) RESINAS POLIMIDAS: Caracterizam-se por serem polímeros de alto desempenho, ou seja, alta resistência à temperatura, boas propriedades mecânicas, boa resistência química e baixa emissão de fumaça. Inicialmente essas resinas eram termoplásticas, atualmente existem resinas polimidas termofixas, e recebem a designação de resinas bismaleimidas. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 12

13 60 EPOXI RESISTÊNCIA (VALORES DE REFERÊNCIA) POLIESTER FENÓLICA SILICONE TEMPERATURA (ºC) Figura 10 Influência da temperatura da resistência mecânica das resinas RESINA EPÓXI FENÓLICA BISMALEIMIDA APLICAÇÕES E CARACTERÍSTICAS Usada principalmente em peças estruturais (alta resistência mecânica) Pode ser usada também em interiores Custo relativamente barato (só é mais cara que a resina poliéster, que não é usada na EMBRAER). Usada, principalmente, em peças de interiores A formulação da resina é, geralmente, auto-extinguível quando em chamas Baixa toxidez quando em chamas Aplicação onde a resistência à alta temperatura é importante (tubulações de ar quente). Excelentes propriedades elétricas Alta resistência à temperatura Boas propriedades mecânicas Boa resistência química Baixa emissão de fumaça. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 13

14 REFORÇOS Os reforços utilizados na EMBRAER são as fibras de vidro, aramida (nome comercial Kevlar, marca registrada da DuPont) e carbono. Existem várias formas de constituir um reforço por meio de fibras. As fibras podem estar alinhadas, tecidas, torcidas ou mesmo picadas. a) FIBRA DE VIDRO: É o reforço mais barato e, portanto, o tipo de reforço mais usado. A fibra de vidro é largamente utilizada na confecção de peças nas quais não há grande responsabilidade estrutural. Existem dois tipos básicos de fibra de vidro: E ou S. O tipo E é o mais usado para fins aeronáuticos. São aplicadas na fabricação de formas complexas, dutos e canaletas. Sua densidade é de aproximadamente 2550 kg/m 3 (maior que a das outras fibras). a1) CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS: Baixo custo. Boas qualidades de usinabilidade. Durabilidade. a2) PONTOS NEGATIVOS: Baixa resistência. Baixa rigidez. Mais pesada que a aramida (KEVLAR) e o carbono. b) FIBRA DE ARAMIDA: Existem fibras orgânicas dos mais variados tipos, como algodão, juta, sisal e mesmo bananeira. Mas, devido às suas baixas propriedades mecânicas, não há interesse em aplicá-las em estruturas, mesmo considerando-se seu baixo custo. No caso das fibras sintéticas orgânicas, as propriedades também são baixas, com exceção das polimidas aromáticas (aramidas) comercialmente conhecidas como Kevlar. São produzidos dois tipos de fibras de aramida: K29 e o K49, este último usado na indústria aeronáutica. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 14

15 O Kevlar tem substituído o vidro nas suas aplicações, pois apresenta excelentes valores de resistência à tração e ao impacto. Porém, apresenta baixos valores de resistência à compressão e cisalhamento interlaminar. O Kevlar pode ser usado para confecção de peças com certa responsabilidade estrutural, desde que usado para tração e absorção de energia de impacto (exemplo: bordos de ataque). Ele apresenta a densidade mais baixa dentre os três tipos de fibra (aproximadamente 1440 kg/m3). b1) CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS: Alta resistência: sua resistência específica à tração é o dobro da do vidro e dez vezes a do alumínio. Alta rigidez: seu módulo específico à tração é duas vezes maior que o do vidro e menor que o da fibra de carbono de alta resistência. Baixa densidade. Resistência ao impacto. b2) PONTOS NEGATIVOS: Baixos valores de resistência à compressão. Pouco resistente ao cisalhamento interliminar. Difícil usinagem. c) FIBRA DE CARBONO: Dos três tipos de fibra, é a que apresenta mais alta resistência e rigidez, e é largamente usada na confecção de peças com grande responsabilidade estrutural. Existem três matérias-primas básicas das quais são obtidas as fibras de carbono, que são poliacrilonitrila (PAN), rayon e petróleo (resíduo do processo de refinação). É fabricada em dois tipos: tecidos e tape. O tecido de carbono é mais usado em componentes que serão submetidos a carregamentos de cisalhamento e carregamentos unidirecionais. Possui valor de densidade intermediário entre o da fibra de vidro e o da fibra de Kevlar (aproximadamente 1950 kg/m3). c1) PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS: Alta resistência. Alta rigidez. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 15

16 c2) PONTOS NEGATIVOS: Alto custo. Maior peso na estrutura (comparado com a fibra de Kevlar). Frágil. Necessita de ferramenta especial para corte e furação. Pouco resistente ao impacto. Difícil usinabilidade. c3) FLUXO BÁSICO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA FIBRA DE CARBONO Precursor (acrylic fiber) Preoxidation Carbonization Surface treatment Washing 200 ~ 300 C in air 1000 ~ 1500 C in inert gas Sizing High Tenacity Type & Intermidate Modulus Type Drying Winding Graphitizati Surface treatment Washing 2000 ~ 3000 C in inert gas Sizing Drying Winding Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 16

17 FORMAS DE REFORÇOS O reforços apresentam-se nas seguintes formas: Unidirecionais: Todas as fibras na mesma direção. São denominados tapes. Bidirecionais: São denominados tecidos por conter trama e urdume. Aleatórias: São denominados mantas. As principais formas de reforços são mostradas na Figura 11. TECIDO DE FIO NÃO TORCIDO TECIDO DE FIO TORCIDO TAPE FIBRA PICADA (CHOPPED) Figura 11- Tipos de reforços Os estilos são diferenciados pela forma como os yarns são entrelaçados. Os Yarns são cordões constituídos de strands (cordões mais finos) ou filamentos. O estilo tem grande influência nas propriedades do tecido. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 17

18 PADRÕES DE TRAMA DE TECIDO 8 Harness Satin Weave Plain Weave Crowfoot Weave (4 Harness) 5 Harness Satin Weave NOMENCLATURA PARA YARNS DE FIBRA DE VIDRO a)sistema AMERICANO Exemplos: ECG 150 1/2 Primeira letra: Caracteriza a composição do vidro (tabela 1). Segunda letra: C indica que o yarn é composto por filamentos contínuos. S indica filamento cortado. T indica filamento contínuo texturizado. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 18

19 Terceira letra: Denota o diâmetro de cada filamento (tabela 2). Primeiro número: Segundo número: Representa 1/100 da quantidade de jardas de fibra de vidro existente em uma libra do strand constituinte. No exemplo acima, multiplicado 150 por 100, o resultado é jardas por libra (Tabela 2). Mostra o número de strands no yarn. O primeiro dígito representa o número de strands trançados que formam o yarn básico. O segundo dígito, separado por uma barra, representa o número desses yarns básicos que são trançados ou colocados juntos para formar o yarn constituinte. b) SISTEMA MÉTRICO ( TEX ) Exemplos: EC9 33 X 1 X 2 Primeira letra: Caracteriza a composição do vidro (tabela 1). Segunda letra: Primeiro número: C indica que o yarn é composto por filamentos contínuos. D indica filamento cortado. T indica filamento contínuo texturizado. Denota o diâmetro individual de cada filamento em mícrons (tabela 2). Segundo número: Peso linear nominal do strand (cordões mais finos) expresso em TEX. TEX é a massa em gramas de 1000 metros de strand. Terceiro número: Mostra o número de strands no yarn. O primeiro dígito representa o número de strands trançados que formam o yarn básico. O segundo dígito, separado por um X, representa o número desses yarns básicos que são trançados ou colocados juntos para formar o yarn constituinte. VARIÁVEIS PARA ESPECIFICAÇÃO DOS TECIDOS E TAPES DE FIBRA DE VIDRO - Estilo: Four-harness satin, eight-harness satin, etc. - Espessura: Em polegadas ou milímetros. - Peso específico: Em onças/jardas 2, gramas/m 2. - Construção: Determinada pelo número de yarns longitudinais por polegada e pelo número de yarns transversais por polegada. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 19

20 - Diâmetro do yarn: Tecido com yarns mais grossos geralmente são mais baratos que os com yarns mais finos, que têm performance superior. A escolha deve ser baseada em função dos custos e da aplicação. - Acabamento dos Filamentos: A maioria das aplicações industriais requer que os tecidos de FIBRA DE VIDRO sejam usados com outros materiais. Para compatibilidade com estes materiais, um acabamento ou pós-tratamento é geralmente aplicado aos tecidos. Os cordões de fibra de vidro são disponíveis em diferentes formulações,vide Tabela 1. O vidro tipo E (Elétrico) é o mais comum dos vidros para todas aplicações, enquanto o vidro S (Alta Resistência) é feito para aplicações especiais. Composição Vidro tipo E Vidro tipo S Dióxido de Silício Óxido de Cálcio Óxido de Alumínio Óxido de Boro Óxido de Sódio e Potássio Óxido de Magnésio 52-56% 16-25% 12-16% 8-13% 0-1% 0-6% 64-66% % % Tabela 1 Composição do Vidro (em Peso) Diâmetro do Filamento Peso do Fio Número de Designação Americana Métrica U.S X 100 = TEX Filamentos (pol) (mícrons) jardas/libras B C D DE E G H K Tabela 2 Fios de Fibra de Vidro Básicos Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 20

21 Estilo do Tecido Trama Classificação por Estilo Esp. (Mils) Peso (Oz/yd 2 ) Carga Trans X Long Transv Cordão Longit Tecidos Industriais 106 PLAIN X / /2 108 PLAIN X / /2 112 PLAIN X / /2 116 PLAIN X / /2 120 CROWFOOT X / /2 143 CROWFOOT X / /2 162 PLAIN X / /5 164 PLAIN X / / HS X / /3 220 CROWFOOT X / /0 332 CROWFOOT X /0 37 1/0 341 CROWFOOT X / / PLAIN X / / PLAIN X / / PLAIN X / / PLAIN X / / PLAIN X / / CROWFOOT X / / CROWFOOT X / / SATIN X / / HS X / / HS X / / HS X / / HS X / / LENO X / / HS X /0 18 1/ PLAIN X tex 11.6 tex HS X /0 50 / CROWFOOT X / / HS X /0 37 1/ SATIN X / / SATIN X /2 75 1/ PLAIN X /0 75 1/ SATIN X /2 75 2/ MOD TWILL X /0 75 1/ MOD TWILL X /0 75 1/ HS X /0 75 1/0 Tabela 3 Tecidos de Fibra de Vidro para Aplicações Industriais Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 21

22 Estilo do Tecido Trama Classificação por Estilo Esp. (Mils) Peso (Oz/yd 2 ) Carga Trans X Long Transv Cordão Longit Tecidos Industriais 1522 PLAIN X / / PLAIN X /0 18 1/ PLAIN X /0 25 1/ PLAIN X /0 37 1/ PLAIN X /0 37 1/ PLAIN X /2 37 1/ PLAIN X /3 75 1/ PLAIN X /3 75 1/ PLAIN X /2 75 1/ PLAIN X /2 75 2/ MOCK LENO X /2 75 2/ DBL. SATIN X /4 75 2/4 Tabela 4 Tecidos para Construção Naval e para Confecção de Ferramental. Estilo do Tecido Trama Classificação por Estilo Esp. (Mils) Peso (Oz/yd 2 ) Carga Trans X Long Transv Cordão Longit Tecidos Industriais 4522 PLAIN X 22 S2CG150 1/2 S2CG1501/ PLAIN X 18 S2CG75 1/2 S2CG75 1/ CROWFOOT X 30 S2CG75 1/2 ECE225 1/ CROWFOOT X 30 S2CG150 1/2 ECE225 1/ SATIN X 24 S2CG150 1/2 ECE150 1/ HS X 54 S2CG150 1/2 S2CG1501/ HS X 54 S2CG75 1/0 S2CG75 1/0 Tabela 5 Tecido de Fibra de Vidro Tipo S-2. Estilo do Tecido Tecido Classificação por Estilo Esp. (Mils) Peso (Oz/yd 2 ) Carga Trans X Long Transv Cordão Tecidos Industriais 272 CROWFOOT X 12 3K 3K 282 PLAIN X K 3K HS X 18 3K 3K HS X 24 3K 3K HS X 12 6K 6K 690 2X2 BASKET X 10 12K 12K Tabela 6 Tecidos de Fibra de Carbono. Longit Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 22

23 TECIDOS DE ARAMIDA Nome comercial: KEVLAR. Tipos: KEVLAR 29 Aplicação em blindagens. KEVLAR 49 Aplicação aeronáutica. Especificação: A especificação dos tecidos de fibra de aramida (vide Tabela 7) é semelhante à dos tecidos de fibra de vidro, porém os yarns de aramida têm peso especificado em DENIER (o DENIER é uma unidade de pesagem utilizada na França no século XIX, e equivale ao peso de 9000 metros de fio de tecer padrão). Estilo do Tecido Trama Classificação por Estilo Esp. (Mils) Peso Onça/Jarda 2 Carga Trans X Long Transv Cordão Longit Kevlar PLAIN X de 1500 de 713 PLAIN X de 1000 de 728 PLAIN X de 1500 de 735 2X2 BASKET X de 1500 de K29/16DP 4X4 BASKET X de 3000 de K29/20DP 4X4 BASKET X de 3000 de Kevlar PLAIN X de 840 de Kevlar 49 Fabrics 120 PLAIN X de 195 de 281 PLAIN X de 1140 de 285 CROWFOOT X de 1140 de 328 PLAIN X de 1420 de 500 PLAIN X de 1420 de HS X de 2160 de X4 BASKET X de 2160 de X8 BASKET X de 1420 de Tabela 7 Tecidos de Fibra de Aramida. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 23

24 MATERIAIS PRÉ-IMPREGNADOS A aplicação de resina ao reforço pode ser otimizada por um processo de pré-impregnação, que se resume em aplicar resina com a devida proporção de catalisador, homogeneamente, em toda a extensão do reforço. Esta impregnação pode ser feita por de dois processos básicos: por solvente ou por prensagem (hot melting). Este reforço pré-impregnado com resina é conhecido como PREPREG. Devido ao fato de a resina já conter catalisador, a cura é função apenas da temperatura. Por esse motivo, o material deve ser armazenado a baixas temperaturas (-18ºC). Mesmo assim, ainda se desenvolve uma pequena reação na resina, restringindo o tempo de uso deste material para 3 a 6 meses. Pela grande responsabilidade deste material no produto final, é fundamental um rígido esquema de garantia da qualidade, que cubra desde o recebimento da matéria-prima, passando pelo estoque e manuseio, até o momento da entrada para a cura onde a polimerização é realizada. As vantagens de se usar os prepregs são muitas, como: a. Espessura uniforme ao longo de toda a camada b. Processo limpo c. Proporção ideal de resina d. Economia de tempo Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 24

25 REFORÇOS HÍBRIDOS A função de um reforço híbrido é conduzir a um material com propriedades ideais, por meio da adição de elementos cujas características se completem. O carbono, por exemplo, possui alta resistência e rigidez, mas baixa resistência ao impacto. O Kevlar, por outro lado, é altamente resistente ao impacto, mas é fraco quanto à resistência à compressão. Verifica-se então que, com uma adição de 50% de reforço de carbono ao Kevlar, sua resistência é dobrada (182 MPa para 413 MPa). Esta mesma combinação dobra a resistência ao impacto, no ensaio IZOD, em relação ao uso de 100% de carbono. Figura 12 Tipos de PREPREG. Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 25

26 NÚCLEOS Os núcleos são utilizados para formação de estruturas de materiais compostos nas quais se deseja alta relação entre a inércia e peso. O núcleo caracteriza-se por ser um material de baixa densidade, como madeiras ou espumas, sendo, porém, mais usados os núcleos com construções celulares (conhecidos como colméias), e as espumas estruturais, como a polimetacrilimida. As peças de compostos que contêm um núcleo no seu interior são conhecidas como estruturas sanduíche.tais estruturas são formadas através da colagem de um revestimento, que pode ser metálico ou não, a um núcleo de baixa densidade, como mostra a Figura 13. A estrutura com núcleo comporta-se de forma análoga à uma viga I. As faces resistem aos reforços de tração e compressão (como as mesas da viga) e o núcleo resiste aos esforços de cisalhamento entra as faces, estabilizando-as (como a alma da viga). ADESIVOS NÚCLEO REVESTIMENTO Figura 13 Estrutura sanduíche Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 26

27 MATERIAIS DO NÚCLEO: Os núcleos para aplicações aeronáuticas são feitos de chapas finas de liga de alumínio, de tecido de fibra de vidro ou aramida resinado, de liga de aço inox, de ligas de titânio e de papel resinado. As colméias mais utilizadas são: As colméias de papel de aramida tratado com resina fenólica (NOMEX), de alta resistência mecânica e rigidez, assim como baixa densidade, sendo recomendadas para serviços de até 150ºC. São bons isolantes térmicos. As colméias de alumínio, com alta resistência mecânica, rigidez, boa absorção de energia e resistência a temperaturas elevadas. Estas colméias são produzidas em uma grande variedade de tamanho de células e espessura de parede. Com isso, obtém-se uma gama variada de densidades. a) TIPOS DE CÉLULAS: Há uma grande variedade de configurações de células, porém as mais utilizadas são as colméias hexagonais (Figura 14), e as de núcleo flexível, flex-core (Figura 15). Formato hexagonal: para aplicação geral e em peças de contornos suaves. Formato flex-core: para aplicação em peças de contornos complexos. T W BORDAS DAS CÉLULAS NÓDULOS L L COMPRIMENTO DA COLMÉIA W LARGURA DA COLMÉIA T ESPESSURA DA COLMÉIA Figura 14 colméia hexagonal Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 27

28 Formato flex-core: Para aplicação em peças de contornos complexos. T W DIREÇÃO L DIREÇÃO Figura 15 colméia flex-core A definição da orientação da colméia em uma peça é importante, pois ela possui propriedades superiores na direção da fita, vide Figura 16. t W T L Figura 16 - Direção da fita As dimensões de células usadas em aeronáutica variam entre 1.6 mm (1/16 ) e 11.1 mm (7/16 ), com variações em múltiplos de 1.6 mm (1/16 ). Para aplicações especiais, como insertos, os núcleos podem ser densamente localizados pela subexpansão ou amassamento das células. Para especificar um painel com núcleo ou com uma colméia, deve-se levar em consideração: Este documento não pode ser usado, publicado ou reproduzido por terceiros sem a autorização da EMBRAER. 28

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