Mestrado em. Ciência e Tecnologia. de Polímeros

Transcrição

1 Mestrado em Ciência e Tecnologia de Polímeros 2. Produção de Compósitos de matriz Polimérica 2.0 Fibras de Reforço 2.1 Tratamentos Químicos das Fibras de Reforço 2.2 Processos de Produção de Compósitos

2

3 Compósitos Com Fibras

4

5 Em tempos passados os materiais utilizados e desenvolvidos para a vida do dia a dia marcaram as eras (do Ferro, do Bronze) e eram o progresso visível das civilizações. Nesta óptica, o inicio do século XX marca a Idade dos Polímeros.

6 Polipropileno com 30 % de Fibras de Vidro

7 Aplicações na Indústria Química Sedes para Válvulas de Reactores Químicos Teflon (PTFE) Temp. máxima de utilização 220ºC Teflon reforçado com Temp. máxima de fibra de vidro utilização 280ºC

8 Compósitos Fibra de carbono Matriz Polimérica Resinas Poliéster Insaturadas Resinas fenólicas Resinas Epóxi Materiais Poliméricos Polímero Constituído por macromoléculas com unidades estruturais que se repetem Material Polimérico Polímero formulado com aditivos e textura adequada para determinada aplicação especifica

9 Laminado de MAT

10 Compósitos com Fibras PRFV > 90% c/ Termoendurecíveis UP (> 95%) Termoendurecíveis usados EPÓXI Poliamidas Outras (<0,5%)

11 Matriz dos Materiais Compósitos R. Termoendurecíveis > 90% De entre as R. Termoendurecíveis R. Poliéster Insaturadas > 90% Ton/Ano em Portugal 3 Unidades Produtoras

12 Plásticos Reforçados com Fibra de Vidro Tanques e tubagem (Ind. Química) Chapa Ondulada Translúcida Carroçarias Especiais Barcos de Recreio Pranchas de Surf Escorregas de Água Mármores artificiais Botões Estatuetas (imitações de marfim)

13 Transferência de Solicitações Módulos de Tensão: Fibras Resinas de Poliéster Poliéster Reforçado 76 GPa 3 a 7,5 GPa 7 a 30 GPa

14 Fibras de Reforço Resistência e Módulos de Elasticidade

15

16 Vidro Composição, Propriedades R E C S A SiO Al 2 O 3 + Fe 2 O CaO +MgO B 2 O Na 2 O + K 2 O Densidade Resist. Tracção (MPa) Módulo Elast (MPa) Flexibilidade ++ ++

17 Produção de Compósitos As Matérias Primas A Matriz U.P.,... A Fibra de Reforço Vidro E,... Tratamentos Químicos das Fibras de Reforço Roving Sizing e Mat e Binding A Produção de Fibra de Vidro

18 Plásticos Reforçados Defeitos mais comuns Detectáveis Visualmente Fish Eyes Olhos de Peixe Má aplicação do desmoldante Sperkling Ligante não solubilizado Cura muito rápida Star cracking Sup. Estalada em estrela Camada de gel coat muito espessa Leaching Resina atacada Resina não adequada

19 Fibra de Vidro

20

21

22

23 Processos de Produção de Compósitos Classificação Manuais Semi-Automáticos Automáticos Hand-lay-up Spray Pultrusão Classificação (Tipo de molde / acabamento superficial) Molde Fechado Molde Aberto Molde Sacrificial RTM, SMC Moldagem por centrifugação Projecção sobre rede

24 Moldação por Contacto ( Hand lay-up ) Impregnação Remoção de bolhas de ar

25 Moldação por Contacto ( Hand lay-up ) Tec. Superfície Sup. Rica em Resina Mat. ou Roving impregnado Gel Coat /Tecido superfície Desmoldante Molde

26

27

28

29

30

31 Moldação por Projecção Simultânea 1. Resina pré-acelerada 2. Resina catalizada

32 Moldação por Projecção Simultânea Resina catalizada acelerada (em período de indução) (Aplicável a pequenas superfícies)

33

34 Moldação por Projecção Simultânea Sistemas de injecção de catalizador Limpeza da Câmara de mistura Sistema de Reservatórios Gémeos Pot life da Resina!

35

36

37 Moldação por Pressão

38 Poliésteres Reforçados Processos de Moldagem

39 Moldação por Injecção de Resina Mat de filamentos contínuos em duplo molde Pressão elevada (Variante VARI)

40 Moldação por Vácuo

41

42

43

44

45 Enrolamento Filamentar Defeitos mais frequentes Defeito Sintoma Causa Correcção Impregnante Teor em vidro Visc. Resina Diminuir Visc. Insuficiente zonas brancas Tempo impreg. curto Resina e gelificar < Acelerador Oclusão Teor em vacuolos Cura demasiado Sist. cura Bolhas Bolhas de ar Rap. Visc. da resina visc. Impregnação Zonas brancas Excesso tensão Red. Tensão Desigual Roving. Rolos de Abrir Excesso apertad. Ad. Tixotr.

46 Poliésteres Reforçados Processamento Máquina de Injecção

47

48

49 Moldagem por Centrifugação

50 Plásticos Reforçados Aplicações: suportes e Condutas de Cabos Eléctricos

51 Poliésteres Reforçados Aplicações em Tubagem Pormenor de Ligação

52 Especificação Tipo de Resina: Camada Resistência Química Mecânica top coat e/ ou Barreira Química Processo de Construção dos troços Desenho de Construção (Espessuras) Tipo de Uniões entre troços Tipo de Suportagem e pontos de ancoragem Localização e tipo das juntas de expansão Condições do Ensaio Hidraúlico

53 Tubagem de Esgoto Pluvial: Resina Ortoftálica Crystic 196 int. Resina Isoftálica Crystic 272 Doméstico: Resina Isoftálica Crystic 272 int. Resist. Quim. N. P. G. Crystic 392 Neopentilglicol Químico: int Res. Química Crystic 600/392 Resist. Isoftálica Crystic 272 Mec. Ext. Res. Química Crystic 600 Reforço Tubagem PVC Crystic 392 (Aderência)

54

55

56

57

58

59

60 Comparação dos Métodos de Processamento de Plástico Reforçado

61 Propriedades Físicas do GRP Reforçado com Diferentes Tipos de Fibra de Vidro

62 Pré - Selecção do Tipo de Processo 2 Superfícies lisas Processos de Molde Fechado Reforço Contínuo Processos Contínuos (Tensão do Reforço) Molde Muito grande Processos de Molde Aberto

63 Elementos Necessários para a Selecção do Processo Função Propriedades pretendidas 1 Resina Reforços (tipo e orientação) Teor em fibra Espessura do laminado Temperatura de Polimerização Tipo de molde Dimensão do molde Inserções, fixação, etc... Número de peças a fabricar Velocidade de produção Qualidade da superfície Reprodutibilidade

64

65 Propriedades dos Plásticos Reforçados com Vidro e com outros Materiais

66 Ensaios em Materiais Compósitos

67 Plásticos Reforçados Defeitos mais Comuns Detectáveis Visualmente CAUSA Designação Inglesa Designação corrente Ataque de solvente Wrinkling Pele de Crocodilo do Gel Coat Pinmoling Bexigas Bolhas de ar no Gel Coat Poor Gel Coat Má adesão do Gel Coat Má programação de Constr. Fibre Pattern Visível distrib. da fibra Gel Coat muito fina ou mal curado (Cont.)

68

69 Ensaios nos Constituintes e no Semi-produto

70 CND aplicado a P.R.F.

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80 Essencial Resina de Adesão a Termoplásticos

81

82

83 Propriedades Típicas de Compósitos Teor em vidro (%) Resist. Tracção (MPa) Resist. Flexão (MPa) Módulo de Flexão (GPa) Poliéster DMC Epóxi DMC Poliéster SMC Hand Lay up/ Spray Unidirecc. E/Poly Unidirecc. C/Epóxi Manta 400/Tecido600/Po liester

84

85 De elevada Resistência Em desenvolvimento, e uso em aplicações específicas Compósitos De uso corrente (P.R.F.V.) Já em larga aplicação mas projecto e análise semi-empirica ou por analogia com materiais convencionais Interesse dos Compósitos na Reconversão Tecnológica - Potencialidades de utilização (Indústria) - Caracterização e Projecto (Estruturas) (I&D + Indústria) - Novas Técnicas de Fabrico (Indústria) Perspectivas de Desenvolvimento Matrizes com ligação química a fibras Novos processos de produção de fibras de carbono Matrizes de alta resistência à temperatura Polímeros auto-reforçados Matrizes elásticas Tratamento superficial das fibras Outras fibras poliméricas