Materiais Compósitos Laminados. Composites: Production Methods

Transcrição

1 Composites: Production Methods

2 Fiber-Reinforced- Plastic Composite Materials (FRPC)

3 Fiber-Reinforced- Plastic Composite Materials (FRPC)

4 Element of Reinforcement

5 Element of Reinforcement

6 Matrix Thermoplastic : a plastic material that requires heat to make it formable (plastic) and upon cooling, retain its shape.thermoplastics can be repeatedly softened when heated and harden when cooled Termoplástico: material plástico que requer calor para adquirir forma e, após o arrefecimento, retém essa forma. Os termoplásticos podem ser repetidamente amaciados por aquecimento e endurecidos por arrefecimento. Thermosetting plastic : a plastic material that has undergone a chemical reaction by the action of heat, catalysis, etc., leading to a cross-linked network macromolecular structure. Thermoset plastics cannot be remelted and reprocessed since when they Are heated they degrade and decompose. Termoendurecívei: material plástico que sofre uma reacção química por acção do calor catálise, etc., obtendo-se uma estrutura macromolecular reticulada. Os plásticos termoendurecíveis não podem ser refundidos e reprocessados, porque, ao serem aquecidos, degradam-se e decompõem-se.

7 Matrix Some Properties of selected Thermoplastics Propriedades de alguns Termoplásticos PET - Polyethylene terephthalate - Politereftalato de etileno PBT - Polybutylene terephthalate - Politereftalato de butileno

8 Matrix Some Properties of selected Thermoset Plastics Propriedades de alguns Plásticos termoendurecíveis

9 Matrix

10 Mould The surfaces are usually covered with a thin layer of gel-coat

11 Matrix + Fiber Hand Lay-Up

12 Matrix with Fiber Sheet Moulding Compound (SMC) Manufacturing Process Thermoset matrix

13 Matrix with Fiber Sheet Moulding Compound (SMC) Thermoset matrix SMC - thermoset moulding compounds which are normally supplied "just in time" for the production of composite components usually by compression moulding.

14 Matrix with Fiber Prepreg Manufacturing Process - Thermoplastic matrix Epoxy resin

15 FRP Composites Production Methods Open Mould Manual Moulding Spray Moulding Filament Winding Centrifugal casting Closed Mould Injection Moulding Vacuum Injection Moulding Pultrusion Resin Transfer Moulding Press Moulding (Hot or Cold)

16 Open Mould Manual Moulding Hand Lay-Up Prepreg Vacuum Bag

17 Open Mould Manual Moulding Forma das peças Qualquer Shape of the pieces Any Dimensões 1 a 5 m 2 Dimensions 1 a 5 m 2 Características das peças Espessura > 2 mm Raio de curvatura > 5 mm Characteristics of the pieces Thickness > 2 mm Radius of curvature > 5mm Possibilidade de insertos? Sim Chance of inserts Yes Aspecto liso Appearance Smooth % máxima fibra até 50% Maximum % of fiber Cadencia das peças Mão-de-obra Vantagens 1 peça/ hora Rate of production Pouca e com Qualificação média Peças com bom acabamento superficial Fabricação de peças de grande dimensão Pouca Mão-de-obra Boa reprodutibilidade Boa qualidade do laminado Manpower Advantages 50% 1 piece / hour Need few but qualified workers Pieces with good surface finish Manufacture of large parts Few Manpower Good reproducibility Good quality laminate Desvantagens Cadências medianas Investimento elevado As peças têm de ser rebarbadas Disadvantages Low production Rate High investment Needs deburring and superficial finishing

18 Open Mould Spray Moulding

19 Open Mold Spray Moulding Forma das Qualquer Shape of the pieces Any peças Dimensões Sem limite Dimensions No limite Características das peças Espessura > 1 mm Characteristics of the pieces Thickness > 1 mm Raio de curvatura > 5 mm Radius of curvature > 5mm Possibilidade de Sim Chance of inserts Yes insertos? Aspecto Liso de um lado. Rugoso do outro. Appearance Good surface finish on one side and a rough surface finish on the other side % máxima fibra até 45% Maximum % of fiber 45% Cadencia das 1 Peça/molde/ hora Rate of production 1 piece/mould / hour peças Mão-de-obra Pouca e com Qualificação média Manpower Few workers. Needs qualified workers. Vantagens Processo económico de produção de peças de qualquer dimensão Advantages It is a very economical process for making small to large parts Fabricação de peças de grande dimensão Manufacture of large parts Pouca Mão-de-obra Few Manpower Utiliza equipamentos de baixo custo (compressor e máquina de projecção) It utilizes low-cost tooling as well as low-cost material systems Desvantagens Processo muito económico Cadências medianas Disadvantages Very economical process for making small to large parts Low production Rate As peças têm de ser rebarbadas Needs deburring and superficial finishing É difícil controlar a percentagem de fibra e a espessura da peça. Estes parâmetros dependem da perícia do operador. It is difficult to control the fibre volume fraction as well as the thickness. These parameters highly depend on operator skill. As peças têm um bom acabamento de um lado e uma superfície rugosa do outro. The process offers a good surface finish on one side and a rough surface finish on the other side

20 Manual Moulding Spray Moulding Vacuum bagging Autoclave curing (If we want improve quality)

21 Manual Moulding Spray Moulding Vacuum bagging Autoclave curing

22 Manual Moulding Spray Moulding Vacuum bagging Autoclave curing

23 Open Mould Filament Winding

24 Open Mould Filament Winding Forma das peças Principalmente cilindros ocos mas também peças cónicas e esféricas. Dimensões Ø de poucos mm a 4 m. Shape of the pieces Especially hollow rollers but also spherical and conical parts. Dimensions Ø with few mm up to 4 m. Comprimentos até 14 m. Lengths till 12 m Possibilidade Não Chance of inserts No de insertos? Aspecto Interior liso. Face exterior com Appearance Internal face - Smooth. Outer alguma rugosidade. face with some roughness. % máxima fibra até 65% Maximum % of fiber 65% Cadencia das Mediana Rate of production Median peças Mão-de-obra Pouca e com Qualificação média Manpower Need few but qualified workers Vantagens Pouca Mão-de-obra Advantages Few Manpower Desvantagens Produz peças com alta percentagem de fibra. Investimento elevado Disadvantages Can produce pieces with high % of fiber High investment Cadências medianas Low production Rate As peças têm um bom acabamento de um lado e uma superfície rugosa do outro. The process offers a good surface finish on one side and a rough surface finish on the other side

25 Open Mould Centrifugal casting

26 Open Mould Centrifugal casting Forma das peças Dimensões Cilíndrica ou troncocónica. Shape of the pieces Cylindrical or conical. Ø de 100 a 4500 mm. Dimensions Ø from 100 until 4500 mm. Comprimentos de 0,3 até 6 m. Lengths from 0,3 until 6 m. Espessuras de 4 a 50 mm Thicknesses from 4 until 50 mm Possibilidade Sim Chance of inserts Yes de insertos? Aspecto Face exterior lisa. Interior com Appearance Outer face - Smooth. Internal alguma rugosidade. face with some roughness. % máxima até 50% Maximum % of fiber 50% fibra Cadencia das Mediana Rate of production Median peças Mão-de-obra Pouca e com baixa Qualificação. Manpower Need few and no qualified workers. Vantagens Pouca Mão-de-obra Advantages Few Manpower Desvantagens Produz peças com alta percentagem de fibra. Investimento elevado Disadvantages Can produce pieces with high % of fiber High investment Cadências medianas Low production Rate As peças têm um bom acabamento de um lado e uma superfície rugosa do outro. The process offers a good surface finish on one side and a rough surface finish on the other side

27 Closed Mould Injection Moulding Process: Injecting a mixture of fibers and resin into a metal mold. Equivalent to the injection of polymers. Descrição do processo: Injecção de uma mistura de fibras e resina num molde metálico. Equivalente à injecção de polímeros.

28 Closed Mould Injection Moulding Forma das Qualquer Shape of the pieces Any peças Dimensões Pequenas Dimensions Low Possibilidade Não Chance of inserts No de insertos? Aspecto liso Appearance Smooth % máxima fibra até 65% Maximum % of fiber 65% Cadencia das peças Entre 20 a 100 peças/ hora Rate of production Between 20 to 100 pieces per hour Mão-de-obra Pouca e com Qualificação média Manpower Need few but qualified workers Vantagens Peças com bom acabamento superficial Pouca Mão-de-obra Boa reprodutibilidade Produz peças com alta Advantages Pieces with good surface finish Few Manpower Good reproducibility Can produce complex pieces in one stage complexidade. Desvantagens Investimento elevado Disadvantages High investment

29 Closed Mould Vacuum Injection Moulding

30 Closed Mould Vacuum Injection Moulding Forma das peças Qualquer Shape of the pieces Dimensões Até 2 m 2 Dimensions until 2 m 2 Características das peças Espessura > 2 mm Characteristics of the pieces Thickness > 2 mm Raio de curvatura > 5 mm Radius of curvature > 5mm Any Possibilidade de insertos? Sim Chance of inserts Aspecto Com alguma rugosidade Appearance With some roughness % máxima fibra até 35% Maximum % of 35% fiber Cadencia das peças 1peça/ 1,5 hora Rate of production 1 piece / 1,5 H Mão-de-obra Vantagens Pouca e com baixa Qualificação média Investimento baixo. É um processo económico. Manpower Advantages Yes Need few and no qualified workers. Low investment. It is a very economical process Pouca Mão-de-obra Few Manpower Boa produtividade Good production Rate Desvantagens As peças têm de ser rebarbadas. Disadvantages Needs deburring and superficial finishing As peças podem apresentar porosidade Parts can exhibit porosity

31 Closed Mould Pultrusion

32 Closed Mould Pultrusion Forma das Qualquer com secção constante Shape of the pieces Any with constant section peças Dimensões Largura até 1,5 m. Espessuras sem limite Dimensions Width until 1,5 m. Thicknesses no limit Possibilidade Não Chance of inserts No de insertos? Aspecto Faces lisas Appearance Smooth faces % máxima fibra até 70% Maximum % of fiber 70% Cadencia das Elevada Rate of production High peças Mão-de-obra Pouca e com boa Qualificação. Manpower Need few but qualified workers Vantagens Pouca Mão-de-obra Advantages Few Manpower Produz peças com alta percentagem de fibra. Can produce pieces with high % of fiber Cadências elevadas Continuous production and fully automatic Desvantagens Investimento elevado Disadvantages High investment Só é possível produzir peças com secção constante. O reforço é só na direcção longitudinal. Only possible to produce components with a constant section Can only be reinforced on the longitudinal direction

33 Closed Mould Resin Transfer Moulding

34 Closed Mould Resin Transfer Moulding Forma das Qualquer Shape of the Any peças pieces Dimensões 1-5 m 2 Dimensions 1-5 m 2 Características das peças Espessura > 2 mm Characteristics of the pieces Thickness > 2 mm Possibilidade Não Chance of No de insertos? inserts Aspecto Faces lisas Appearance Smooth faces % máxima até 55% Maximum % of 55% fibra fiber Cadencia das 1 peça/hora Rate of 1 piece / hour peças production Mão-de-obra Pouca e com Qualificação média Manpower Need few and qualified workers. Vantagens Peças com bom acabamento superficial Advantages Pieces with good surface finish Desvantagens Fabricação de peças de grande dimensão Pouca Mão-de-obra Boa reprodutibilidade Boa qualidade do laminado Cadências medianas Disadvantages Manufacture of large parts Few Manpower Good reproducibility Good quality laminate Low production Rate Investimento elevado High investment As peças têm de ser rebarbadas Needs deburring

35 Closed Mould Press Moulding (Hot or Cold) Examples: Prepreg continuous fibers in epoxy resin Short fibers in polyester resin (sheet moulding compound - SMC) Bulk moulding compound (BMC)

36 Closed Mould Press Moulding (Hot) Forma das peças Qualquer Shape of the pieces Any Dimensões Até 4 m 2 Dimensions until 4 m 2 Características das peças Espessura > 1 mm Characteristics of the pieces Thickness > 1 mm Raio de curvatura > 5 mm Radius of curvature > 5mm Possibilidade de insertos? Não Chance of inserts No Aspecto Faces lisas Appearance Smooth faces % máxima fibra até 65% Maximum % of fiber 65% Cadencia das peças Alta Rate of production High Mão-de-obra Pouca e com baixa Qualificação média Manpower Need few and no qualified workers. Vantagens Pouca Mão-de-obra Advantages Few Manpower Boa produtividade Good production Rate Peças com bom acabamento superficial Pieces with good surface finish Manufacture of large parts Fabricação de peças de grande dimensão Good reproducibility Boa reprodutibilidade Good quality laminate Boa qualidade do laminado Desvantagens Investimento elevado Disadvantages High investment. As peças têm de ser rebarbadas. Needs deburring

37 Closed Mould Press Moulding Processos Características Vantagens Desvantagens Limitações Moldação por Compressão a Frio Moldação por Compressão a Quente Pressão: < 0,4MPa Temperaturas: 20 a 35 C Moldes de plástico reforçado e prensas leves Pressão:0,5 a 15MPa Moldes metálicos (pré-aquecidos entre 80 e 170 C) Maiores quantidades de reforço (melhores propriedades) Velocidade de produção elevadas Produção tamanhos variados (superfícies entre 0,1 e 4m 2 ) Investimento inicial elevado Mão de obra qualificada Não aconselhável uso de ângulos vivos, nervuras ou grandes secções verticais. Séries médias Precisão dimensional afectada pela compressão Séries médias Ciclo de produção dependente de: temperatura, complexidade e peso da peça

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