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
Compósitos Com Fibras
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.
Polipropileno com 30 % de Fibras de Vidro
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
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
Laminado de MAT
Compósitos com Fibras PRFV > 90% c/ Termoendurecíveis UP (> 95%) Termoendurecíveis usados EPÓXI Poliamidas Outras (<0,5%)
Matriz dos Materiais Compósitos R. Termoendurecíveis > 90% De entre as R. Termoendurecíveis R. Poliéster Insaturadas > 90% 10 000 Ton/Ano em Portugal 3 Unidades Produtoras
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)
Transferência de Solicitações Módulos de Tensão: Fibras Resinas de Poliéster Poliéster Reforçado 76 GPa 3 a 7,5 GPa 7 a 30 GPa
Fibras de Reforço Resistência e Módulos de Elasticidade
Vidro Composição, Propriedades R E C S A SiO 2 60 52.4 63.6 64 72.5 Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 25 14.4 4.0 26 1.5 CaO +MgO 15 21.8 16.6 10 12.5 B 2 O 3 10.6 6.7 Na 2 O + K 2 O 0.8 9.1 13.5 Densidade 2.55 2.54 2.49 2.49 2.45 Resist. Tracção (MPa) 4340 3650 3650 4830 3240 Módulo Elast. 83000 76000 69000 90000 69000 (MPa) Flexibilidade ++ ++
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
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
Fibra de Vidro
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
Moldação por Contacto ( Hand lay-up ) Impregnação Remoção de bolhas de ar
Moldação por Contacto ( Hand lay-up ) Tec. Superfície Sup. Rica em Resina Mat. ou Roving impregnado Gel Coat /Tecido superfície Desmoldante Molde
Moldação por Projecção Simultânea 1. Resina pré-acelerada 2. Resina catalizada
Moldação por Projecção Simultânea Resina catalizada acelerada (em período de indução) (Aplicável a pequenas superfícies)
Moldação por Projecção Simultânea Sistemas de injecção de catalizador Limpeza da Câmara de mistura Sistema de Reservatórios Gémeos Pot life da Resina!
Moldação por Pressão
Poliésteres Reforçados Processos de Moldagem
Moldação por Injecção de Resina Mat de filamentos contínuos em duplo molde Pressão elevada (Variante VARI)
Moldação por Vácuo
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.
Poliésteres Reforçados Processamento Máquina de Injecção
Moldagem por Centrifugação
Plásticos Reforçados Aplicações: suportes e Condutas de Cabos Eléctricos
Poliésteres Reforçados Aplicações em Tubagem Pormenor de Ligação
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
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)
Comparação dos Métodos de Processamento de Plástico Reforçado
Propriedades Físicas do GRP Reforçado com Diferentes Tipos de Fibra de Vidro
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
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
Propriedades dos Plásticos Reforçados com Vidro e com outros Materiais
Ensaios em Materiais Compósitos
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.)
Ensaios nos Constituintes e no Semi-produto
CND aplicado a P.R.F.
Essencial Resina de Adesão a Termoplásticos
Propriedades Típicas de Compósitos Teor em vidro (%) Resist. Tracção (MPa) Resist. Flexão (MPa) Módulo de Flexão (GPa) Poliéster DMC 30 80 140 12 Epóxi DMC 30 100 180 16 Poliéster SMC 25 88 190 12 Hand Lay up/ Spray 30 103 194 8 Unidirecc. E/Poly 65 1000 1400 40 Unidirecc. C/Epóxi 60 1620 1720 131 Manta 400/Tecido600/Po liester 43 190 390 11
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