CONGRESSO SAMPE-2015 FIBRAS DE CARBONO HISTÓRICO E APLICAÇÕES PRÁTICAS

O QUE É A FIBRA DE CARBONO? É um polímero carbonizado!

Precursores da Fibra de carbono Poliacrilonitrila Teor de carbono fixo: 40-45% P.A.N. = É o mais conhecido e mais usado

Precursores da Fibra de carbono Piche: constituído de muitas substâncias aromáticas (exemplo: benzeno), é um termoplástico. Teor de carbono fixo: > 75 %

Precursores da Fibra de carbono Fibras de rayon (celulose - termorrígido) Teor de carbono fixo: ~10-30 %

COMO É OBTIDA A FIBRA DE CARBONO Termoplástico Termorrígido

FIBRAS DE CARBONO Modelo de textura de fibras de carbono baseadas em PAN mostrando a heterogeneidade casca-núcleo

HISTÓRICO Primeira patente de obtenção de fibras de carbono (Inglaterra): - Joseph Swan 1860 - queima de filamentos de bambu - filamento incandescente em lâmpadas elétricas, operando em vácuo parcial. Lâmpadas com filamento de tungstênio: - luz quase branca (bulbo com vácuo parcial) - baixa luminosidade...

HISTÓRICO Primeira patente de obtenção de fibras de carbono (EUA): - Thomas Edison 1880 - Queima de algodão, para uso como filamentos em lâmpadas elétricas.

HISTÓRICO 1897: Thomas Edison inventa a lâmpada elétrica 24/11/1900 (Revista Scientific American) U$ 200 / 20 lâmpadas

Tecido de Fibra de Carbono CCS-200 Fibra de Carbono = fio acrílico carbonizado 11

DESEMPENHO AEROESPACIAL INDÚSTRIA MECÂNICA 1 CUSTO AUTOMOBILÍSTICA PRODUTIVIDADE

TIPOS DE REFORÇO INDICADOS POR APLICAÇÃO PRE PREGS AEROESPACIAL TECIDOS ROVINGS HEAVY TOW INDÚSTRIA MECÂNICA ROVINGS TECIDOS UD AUTOMOBILÍSTICA LFTP TERMPLÁSTICOS COM FIBRAS LONGAS TECIDOS Plain ou Twill (sarja) com resinas termoplásticas ou termofixas.

PROCESSOS DE ALTA PRODUTIVIDADE PULTRUSÃO FIBER PLACEMENT FILAMENT WINDING

Propriedades das Fibras Comparação Propriedade Unidade Fibra de Vidro Fibra Aramida Fibra de Carbono Densidade g/cm³ 2,55 1,44 1,76 Elongação % 4,80 2,70 1,50 Módulo de Elasticidade GPa 72 100 240

Material Densidade (g/cm³) Mód. de Elast. E (GPa) Resist. à Tração (MPa) Aço 1010 7,87 207 365 Alumínio 6061 2,70 69 310 Compósito Carbono+Epoxi 1,50 138 1550 16

EXEMPLO DE APLICAÇÃO VASO DE PRESSÃO PARA GNV C.material $872,48 [US$] C.indiretos $17,45 [US$] C.invest R$2,68 [US$] C.m.obra $8,31 [US$] C.depr. R$1,52 [US$] COMPOSIÇÃO DO CUSTO Matéria Prima 97 % Mão de Obra 0,92 % Custos Indiretos 1,93 % Depreciação Eq.& instal. 0,17% Amortização investimento 0,30% Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

O PROCESSO PRODUTIVO FILAMENT WINDING Bobinagem filamentar Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

EQUIPAMENTO UTILIZADO Máquina de Filament Winding IBCOm/PARCERIAS Características Eletrônica 4 eixos programáveis - CNC Capacidade: Φ 400mm L max 2000 mm Produz 4 cilindros por vez Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

Eixos programáveis na máquina de Filament Winding 1 3 4 1 Rotação do mandril 2 Deslocamento do carro 3 Deslocamento do braço do carro 4 Rotação do olhal 2 Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

PRODUTIVIDADE Φ 356 mm x 1650 mm Quantidade de cilindros por lote: 4 Tempo de produção de 1 lote: 47 min Produção diária: 2 turnos de 8horas: 80 pças Produção mensal: 1760 Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

Material Compósitos Aço Compósitos Aço EXEMPLO DE APLICAÇÃO VASO DE PRESSÃO PARA GNV Dimensões mm Φ = 244 mm L = 850 mm Φ = 356 mm L = 1650 mm Peso vazio kg Preço R$ 22 R$ 870 42 R$ 628 71,6 R$ 2.665 123,1 R$ 2.980 Liner de termoplástico rotomoldado Camada helicoidal em fibra de carbono Camada circunferencial em Aramida Pressão interna: 240 bar Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

SISTEMA LEVE DE DISTRIBUIÇÃO DO GÁS NATURAL EM LOCALIDADES NÃO SERVIDAS POR GASODUTO. POSTOS DE COMBUSTÍVEL INDÚSTRIAS CONDOMÍNIOS EDIFÍCIOS SLD Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

VIGAS PARA ELEVAÇÃO DE CARGA X L t L t T F t t c b h f f = FL 3 3EI I = H 3 t + t 3 (b-2t) 6 EI = Módulo de rigidez da viga E = Módulo de elasticidade do material da viga I = Momento de Inércia da secção transversal da viga Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

COMPARANDO VIGAS :AÇO X FIBRA DE CARBONO Força Atuante F = 420 kg Altura da viga h = 250mm Espessura das Vigas mm: Fibra de carbono : (7,5 e 5,8) Aço 7,5 Comprimento total: 6500 mm 1800 1600 1400 1200 1000 R$ 1.229,73 R$ 1.750,01 800 600 400 200 0 293 Aço ASTM A36 Peso kg 82 Fibra de carbono GP Custo Mat. Prima Projeto: Prof. Francisco Xavier de Carvalho (IBCOM)

Poliacrilonitrila oxidada (PAN-OX) Muito utilizadas em componentes para proteção térmica (baixa condutividade térmica). Maior proteção térmica em relação às fibras têxteis convencionais contra o calor intenso. Mantém uma barreira contra uma chama de 900 C por mais de 5 minutos, produzindo uma liberação mínima de vapores tóxicos.

Poliacrilonitrila oxidada (PAN-OX) Tabela 1. Usos das fibras de poliacrilonitrila oxidada (PANOX). Setor Vestuário Transporte Industrial Usos Siderúrgico, químico, petrolífero, policial, esportivo (velocidade), combate ao fogo Aeronáutico, náutico, ferroviário e automotivo (assentos e interiores) Isolamento de cabos, Mantas contra fogo, máscaras de solda

PROCESSOS DE ALTA PRODUTIVIDADE LFTP termoplástico c/ fibras contínuas

Painel de carro de passeio Função decorativa Agrega valor US$

Materiais Esportivos e Aeronáuticos

Próteses humanas

Reforço de Colunas Colunas de Base Redonda = sem problemas. Colunas de Base Quadrada (cantos vivos) = Pode cortar a fibra de carbono. Solução = raio de 3cm.

Fibras de Carbono

Aumento de Resistência à Compressão Colunas Resistência à Compressão MPa Concreto Simples 30,93 Com Fibra de Carbono 95,02

Reforço de Vigas Por que reforçar as vigas? Readequação de uso de construções pré-existentes. Para criar aberturas em lajes p/ passar escadas, tubulações, etc... Poder-se-iam usar chapas de ferro, mas aumentaria o peso! O sistema custa mais caro que chapas de ferro? Não! Chapas de Ferro x Fibra de Carbono têm praticamente o mesmo custo.

Fibras de Carbono

Estas são as principais aplicações da FIBRA DE CARBONO no uso comercial. Com a introdução dos novíssimos pre-pregs termoplásticos as aplicações se multiplicam. Diariamente são desenvolvidas novas aplicações. Vamos usar a nossa criatividade!

Um agradecimento especial ao querido mestre prof. Francisco Xavier de Carvalho do IBCOM. Muito Obrigado, meu amigo!

Muito obrigado pela atenção. Giorgio Solinas giorgio@texiglass.com.br