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O Futuro dos Compósitos
Waldomiro Moreira MSc. Caxias do Sul Fevereiro 2015
Industria da Transformação
Célula de Sobrevivência
Célula de Sobrevivência F1
Índice
Materiais Compósitos & Compósitos poliméricos – definição
Polímeros Termoplásticos & Termofixos
Reforços
Processos de moldagem
Aplicações
Sistemas de monitoramento SHM (Structure Health Monitoring & auto regeneração (Self-healing).
Futuro hoje e futuro não tão distante!
Materiais Compósitos
• Definição geral de compósitos: "materiais estruturais com duas ou mais fases macroscópicas e que têm propriedades mecânicas melhores que as de cada fase considerada isoladamente”.
• Definição de compósitos poliméricos: ´"material estrutural resultante da combinação de polímeros com fibras de reforço. As fibras mais usadas são as de vidro, aramida e carbono. Os polímeros podem ser termoplásticos ou termofixos".
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Materiais Compósitos Avançados
• materiais especialmente formulados com matrizes poliméricas de elevada tenacidade e elevadas temperaturas de transição vítrea reforçadas com fibras de elevado desempenho ou nanopartículas.
Materiais Compósitos
eu não
sou
material
substituto
eu sou a solução!!!!!
Substituições clássicas
Dodge Dart Le Baron 1978 Paralamas Yamaha DT180
Passado distante….
Porque Compósitos? • Permitem obter distintos aspectos em requerimentos
de projeto sob demandas específicas e formas
• Permitem soluções de engenharia em redução de peso e inigualável relação peso/resistência
• Vantagens:
- Resistência a tração de 4 a 6 vezes superior ao aço e aluminio estruturais;
- Resistência e fadiga e ao impacto
- Elevada resistência química e a combustão
- 100% Reaproveitáveis
Porque Compósitos?
Aviação militar
Aviação Militar
Comparação de materiais estruturais de aplicação aeroespacial
• Obs. PMCs Compósitos de Matriz Polimérica
Resistência mecânica específica versus temperatura
Historia Recente
Polímeros
Resinas termoplásticas processadas por calor e pressão
EX. PA (Nylon), PEEK (Poliéter éter cetona), PI (Poli Imida) PPS (Polisulfeto de Fenileno) PPO (Polioxido de fenileno) reforçadas ou não com fibras
Resinas termofixas
Processadas além de calor e pressão por reações químicas de polimerização
EP (Epoxi), VER (Ester Vinílicas), BI (Bismaleida), BX (Benzoxazinas) PH (Fenólicas avançadas)
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Orientação Reforços
a) Fibras orientadas e contínuas
b) Fibras não contínuas orientadas
c) Fibras não contínuas e não orientadas
Adesao matriz / reforço
Resinas Poliester e Estervinílicas
•Resinas Poliéster: Produtos de reação de ácidos carboxílicos saturados e insaturados e álcoois polifuncionais (Glicois) diluidos em monômeros vinílicos. •Resinas Estervinílicas: Produtos de reação de epicloridinha (epoxi) + Bisfenol “A” ou “F” propoxilado e ácidos vinílicos (acrílico ou metacrílico) diluidos em monômeros vinílicos ESTIRENO
Resina epoxi
• Epoxies são polieteres construidos a partir de monômeros no qual cada 3 grupos eter são denominados anéis de epoxi
• Polimerizam em temperatura ambiente ou a quente dependendo do agente endurecedor
• Podem ser formuladas para baixa propagação de fogo e baixa emissão de fumaça
Bismaleimida • Bismaleimida
Produto de reação de anidrido maleico com imida
• Suporta temperatura contínua de trabalho até 2500C
• Não propaga fogo
Reforços
-Vidro (E)
-Vidro (S)
-Aramida (Amida Aromática)
-Carbono
-Boro
-Fibras metálicas (wisker)
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Fibras de Vidro E (Electrical) e S (Strenght)
VIDRO FUNDIDO
15500C
1250+- 0.5 0C FIEIRA
FILAMENTOS
TRATAMENTO SUPERFICIAL
COM EMULSÃO PVA + SILANO
E ANTIESTÁTICO
ENROLADEIRA
PRODUÇÃO DE “TORTA” > MATERIA PRIMA PARA ROVING, MANTA E TECIDOS
•MATÉRIAS PRIMAS: QUARTZO (SiO2 / Al2OH3/ CaO) etc.
Fibras de Vidro
Fibras Aramida
• Obtidas a partir de amidas com anéis
aromáticos e dissolvidas a quente e
fiberizadas.
Fibras de Carbono
Obtidas a partir do estiramento em várias etapas sob vácuo e elevadas
temperaturas por exemplo do Poliacrilonitrila (PAN)
Carbono
• Fibras de carbono são referidas normalmente como fibras de grafite, entretanto somente fibras de carbono de elevado módulo de elasticidade (HM) com estrutura de grafite tridimensional podem ser denominadas propriamente fibras de grafite.
Fibras combinadas critérios de seleção
Processos de Moldagem
Processo de tecelagem e preformagem
Vacuum-bag
• –Prepregs (preimpregnados)curados a vácuo em auto clave
Infusão a vácuo
RTM Resin transfer molding
Injeção de laminado teste
• Resina tipo:
Cycom X890RTM.
• Temperatura do Molde: 80ºC.
• Temperatura de resina:18º C.
• Espessura da cavidade: 2mm.
• Pressão de injeção: 1 Bar.
• Tempo de injeção:120 seg.
• Teor de Fibra em volume:60%.
MOLDAGEM FECHADA
RTM CONVENCIONAL
Materiais de Núcleo
Domínio do conhecimento
Domínio do Conhecimento Flow Index
http://www.barracudacomposites.com.br/noticias_2013.htm
Desempenho
Desempenho
Validação
Análise de desempenho
Carbono
Caravan e Radome de Radar
Agusta Westland
Sistemas freio carbono - carbono
Mag-lev
Automotivo – Prepregs Carbono
Monitoramento Estrutural
Monitoramento estrutural
Monitoramento em tempo real(SHM)
MONITORAMENTO EM TEMPO REAL (SHM)
auto regeneração (self-healing) “in situ”
Auto regeneração
Case Stol Ch-750 capô
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Futuro não distante Airbus
Obrigado!
Dream it, plan it, do it
in composites materials! Sonhe,
planeje e execute em materiais compósitos!