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Materiais Alternativos
Antônio Jorge de Carvalho Júnior Aluno - 2º semestre - Curso Técnico em Eletromecânica Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Sudeste de Minas – Campus Muriaé
Materiais Alternativos
The school work is excellent.
Também chamado de FiberGlass, é um tipo de Compósito, composto da aglomeração de finíssimos filamentos de vidro, que não são rígidos, altamente flexíveis. Quando adicionado à resina poliéster (ou outro tipo de resina), transforma-se em um composto popularmente conhecido como fibra de vidro, mas na verdade o nome correto é PRFV, ou seja, "Polímero Reforçado com Fibra de Vidro".
Possui características como: Alta resistência mecânica e à corrosões, durabilidade , conserva suas propriedades mecânicas ao longo do tempo, fácil aplicação ,
fácil reparação, leveza, cura rápida ,excelente aspecto , fácil acabamento, muita oferta de matéria prima, permite inovação em aplicações conforme a criatividade .
A composição básica da Fibra de Vidro seria: Areia de sílica (SiO2), cal, óxidos de alumínio e de magnésio, ácido bórico e outros componentes secundários como a argila e carvão.
Mas como se obtém esses finíssimos filamentos de vidro? Por acaso é com um tipo de ralador se vidro? Ou os fios são tirados do curitimbó?
O vidro já pronto, passa por um processo de fusão, a cerca de 1600° C, e após um processo de afinação. Em seguida, o vidro fundido é distribuído em uma placa de platina com milhares de furos com 1 ou 2mm, chamada fieira, a uma temperatura de 1250° C; Após, filamentos de vidro ainda quente são estirados mecanicamente até atingirem de 5 a 24 mm diâmetro e recebem um revestimento segundo sua finalidade. Os fios são levados a uma estufa para secar o excesso de água e fixar os produtos do revestimento. Por fim, são armazenados nas formas que serão oferecidas para moldagem, que veremos mais a frente.
Composição
Fusão
Afinação
1550-1600ºC 1370ºC
Distribuição
1400-1450ºC 1340ºC Fieira
Revestimento Produto final
1350-1400ºC 1250ºC
Mas o que são Resinas? E Polímero? E Polimerização?
Resinas
São polímeros preparados via processos de polimerização por adição ou por condensação. São amplamente utilizadas, na forma de soluções ou dispersões, na produção de tintas e adesivos. São divididas em dois tipos: Termofixas: Resinas que sob a ação do calor sofrem um processo de reticulação interna (crosslinking), o que é tecnicamente chamado de processo de cura. O filme final é insolúvel em solventes. Termoplásticas: Resinas cujo processo de formação de filme ocorre exclusivamente pela secagem física (evaporação de solventes). Se o filme final for exposto aos solventes adequados será solubilizado novamente.
Polímeros:
Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular, resultantes de reações químicas de polimerização. Os polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). O número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado grau de polimerização.
Polimerização:
Polimerização é a reação química que dá origem aos polímeros. As unidades estruturais que dão origem às macromoléculas polímeros são denominadas monômeros.
TIPO
INDICAÇÕES GERAIS
A
Alto conteúdo em silício elevada resistência química a meios ácidos.
AR
Conteúdo em ZrO2 elevada resistência química a meios básicos. Excelentes propriedades eléctricas e grande durabilidade. Alta resistência química a meios ácidos.
B C
D E
ERC R, S
Boas propriedades dieléctricas; transparência ao radar. Boas propriedades eléctricas e mecânicas. Boas propriedades eléctricas e de resistência química. Elevado módulo de elasticidade e alta resistência mecânica; preço alto.
TIPO
UTILIZAÇÃO
A AR
Reforço de cimento em argamassas e painéis.
B C D
Camadas para a protecção exterior ou interior de canalizações e de tubagens. Aparelhagem electrónica de elevada responsabilidade.
E
Utilização geral; cerca de 90% dos reforços em fibra.
ERC
R, S
Estrutural de responsabilidade incluindo aeronáutica e bélica.
Efeito nas Propriedades das Fibras
Si O2
Expansão térmica muito baixa.
Al2 O3
Melhora a durabilidade química.
B2 O3
Expansão térmica baixa.
Ca O
Resistência à água e a meios ácidos e básicos.
Mg O
Resistência à água e a meios ácidos e básicos.
Zn O
Melhora a durabilidade química.
Ba O
Aumenta a massa específica e melhora a durabilidade química.
Li2 O
Expansão térmica elevada e sensibilidade à humidade.
Na2O3
Expansão térmica elevada e sensibilidade à humidade.
K2O
Expansão térmica elevada e sensibilidade à humidade.
Ti O2
Melhora a durabilidade química especialmente em meios básicos.
Zr O2
Resistência a meios básicos.
Fe2 O3
Resistência a meios básicos; confere coloração verde.
F2
Resistência a meios básicos.
A fibra de vidro é fornecida comercialmente em mantas , tecidos trançados, véu de vidro, fitas, cordéis (rooving) ou Fibras Picadas que são lançados ou desfiados sobre o molde e impregnados de resina, para então se formar o Polímero Reforçado com Fibra de Vidro, o que nós também chamamos popularmente de fibra de vidro.
Rooving:
São os filamentos de vidro. É o tipo mais econômico de fibra de vidro. É fornecido em rolos de 20 kg e deve ser usado desenrolando-o por dentro. O uso mais comum é em um dispositivo que picota e espalha o fio sobre a superfície do molde, a pistola (spray-up). Mas também é na moldagem por pultrusão e Filament Winding. É caracterizado pela facilidade de corte, baixo nível de eletricidade estática, boa dispersão, boa retenção de propriedades mecânicas em ambientes agressivos e ausência de fibras brancas no laminado.
Fibra Picada:
- São filamentos picotados em pedaços bem pequenos, de 2 a 6 mm, para serem usados na fabricação de "flakes" de revestimentos especiais anti-corrosivos, como carga funcional em alguns laminados e em plástico injetado.
Rooving
Fibra Picada
Mantas: Existem dois tipos de Manta de Fibra de Vidro: A Manta de Fios Picados fabricada com fios picados de vidro, com uma excelente compatibilidade com resinas poliéster, viniliester e epoxi. Estão particularmente adaptadas à aplicação em moldes abertos. E a Manta de Fios contínuos fabricada com fios contínuos de vidro dispostos de forma aleatória em múltiplas camadas e unidos por um ligante. São destinadas à moldagem de peças entre molde e contra-molde.
Tecido:
Tecido com teares especiais, trançado em uma, duas e três direções. O tecido é fornecido em várias espessuras, entre 140 e 500 gramas por metro quadrado. São utilizados quando se necessita de alta resistência de atração e recomendado para laminação manual de peças como embarcações, tanques e tubulações de forma em geral.
Manta
Tecido
Fita:
São fabricadas com fios de fibra de vidro. São totalmente inorgânicas, de fácil aplicação. As fitas de fibra de vidro, devido às suas propriedades estruturais, têm excelente aplicação como isolante elétrico e térmico.
Véu de Vidro: - São mantas muito finas, também chamadas de véu de superfície. O Véu de Vidro é muito usado com o objetivo de esconder as fibras de vidro, ou seja, não deixar que os desenhos de fibra apareçam na superfície. Tendo a propriedade de aumentar a resistência química. É um véu de superfície feito com um vidro resistente ao ataque químico, o que permite a durabilidade de uma peça, dando-lhe resistência contra soluções alcalinas e ácidas.
Véu de Vidro Fita
É a forma como se trabalha a fibra nos estados antes citados, para se obter o produto final. Também pode ser chamado de “processo de laminação”.
A moldagem pode ser manual, à pistola, ou pode ser mecanizado. O processo de moldagem é escolhido de acordo com o produto final e suas utilidades.
MANUAL (“Hand Lay-Up”): Consiste em aplicar sobre um molde fibra de vidro e resina poliéster em camadas. Primeiramente a fibra de vidro é depositada sobre o molde e a resina é aplicada com pincel sobre ela. A seguir, o profissional força a resina a penetrar e umectar inteiramente a fibra de vidro, removendo as bolhas que se formam com os movimentos verticais do pincel. A espessura do produto final é determinada pelo número de camadas aplicadas. A fibra de vidro depositada pode ser na forma de manta ou de tecido.
Aplicação Manual
Moldagem por pulverização ou à pistola (“spray-up”): Este processo assemelha-se ao anterior, com a diferença que a fibra de vidro e a resina poliéster são pulverizadas simultaneamente por meio de um equipamento que se assemelha a uma pistola de pintura, que possui além de um bico dispersor para a resina poliéster, um sistema de navalhas que corta a fibra de vidro em comprimento de 2,5 cm. Neste processo, a fibra de vidro é fornecida na forma de um cordão composto com muitos fios, enrolados em bobinas. É um processo com maior dificuldade para se obter a espessura desejada, assim como é maior é a dificuldade de ser mantida espessura constante em toda a peça a ser moldada. Contudo, o processo de fabricação é muito mais rápido do que a fabricação manual.
Moldagem por pulverização (spray-up)
Moldagem por Injeção: O processo de moldagem por injeção é uma técnica de moldagem que consiste basicamente em forçar, através de uma rosca simples (monorosca), a entrada de material fundido para o interior da cavidade de um molde. Este processo é muito complexo em função do número de variáveis que afetam a qualidade da peça injetada. De modo a obter-se um processo de moldagem por injeção estável e peças com a qualidade desejada é necessário haver um equilíbrio entre os parâmetros de injeção como tempo de injeção, temperatura do molde e do material injetado, pressão de injeção e recalque, tempo de resfriamento, volume do material injetado, dentre outros. Atualmente as peças moldadas por injeção são usadas em larga escala pela indústria e estão presentes no interior dos automóveis, nos gabinetes eletrônicos, nos equipamentos médicos etc.
Moldagem por Injeção. Como se vê, envolve alta tecnologia, com maquinário computadorizado.
Moldagem por Centrifugação: Este processo molda formas cilíndricas e ocas, tais como tanques, tubulações e postes. Dentro do molde em movimento de rotação é injetado as fibras cortadas juntamente com a resina. A impregnação da resina nas fibras e a compactação é feita pelo efeito de centrifugação. A cura da resina pode ser feita a temperatura ou em uma estufa. Este processo é utilizado em casos onde não se exige homogeneidade das propriedades mecânicas da peça.
Esquema, e máquinas de centrifugação
Processo Filamento Contínuo (Filament Wilding, ou roving): O filamento é produzido com equipamentos modernos, partindo de um suporte, passando por um tanque com resina catalisada e enrolado sobre o mandril rotativo que atua como molde. Ao final, combinam-se vários filamentos de fibra de vidro em mechas. Os filamentos são combinados sem torção e aglutinados com um tratamento compatível com resina poliéster. Com este processo obtem-se alto teor de fibra de vidro oferecendo altissima resistência mecânica aos materiais que serão fabricados.
Filamento Contínuo ou Filament Wilding
Moldagem por Pultrusão: Este é um processo contínuo de fabricação de perfis lineares de seção transversal constante (como vergalhões, vigas, canaletas e tubos). Após a impregnação do reforço com resina, o material é puxado através de um molde de metal aquecido que dá a forma à seção transversal. A resina cura e o perfil está formado.
Esquemas de máquinas de Pultrusão
Pré-forma (preform): Este processo desenvolve-se em duas partes. Primeiro, um molde feito em tela fina com a forma aproximada do produto final é colocado diante uma câmara que produz vácuo. Em seguida é pulverizada a fibra de vidro cortada em pedaços de 2,5 cm com uma cola (binder), de muito pouca densidade, sobre o molde. Na segunda fase do processo, a pré-forma junto com a resina poliéster é colocada em uma prensa aquecida. Depois de alguns minutos, sob pressão e temperatura, a peça está moldada. Esse é o processo que foi utilizado para moldar as diversas partes do Chevrolet Corvette em 1953, primeiro automóvel fabricado com plástico reforçado com fibra de vidro. O carro é fabricado assim até hoje.
Corvette, primeiro carro com carroceria feita em fibra de vidro, e pela moldagem Preform
Maquinário de Preform
A Fibra de Vidro tem centenas de usos. Não daria para listar todos. Destacaremos os mais importantes e mais inovadores.
Indústria Naval:
Automóveis:
Pranchas, barcos, lanchas, canoas, caiaques, jet-skis; Pára-choques, capotas, capôs, caixas de som, carrocerias, capacetes, tuning em geral;
Casa:
Móveis, objetos de decoração, piscinas, revestimentos, banheiras, pias, lavatórios, luminárias, brinquedos, etc;
Construção Civil e Arquitetura: Telhas, calhas, painéis, tubos, caixas d’água. Reforços estruturais, isolamentos acústico, isolamento elétrico;
Odontologia:
Próteses dentárias;
Esporte:
Raquetes, varas de salto, partes de bicicleta, etc;
Defesa: Painéis blindados têm sido usados nas portas dos carros de polícia norteamericanos A fibra de vidro também tem sido usada em tanques de guerra norte-americanos em revestimentos contra estilhaços de metralhadoras, para proteger tripulantes
O que nós consideramos mais inovador: Glare:
É uma associação Fibra de Vidro+Alumínio. São camadas muito finas de alumínio e fibra de vidro sobrepostas, coladas por um adesivo epóxi. Tem alta resistência à fadiga, à tração, ao fogo e a corrosão. Atualmente é utilizado no maior avião já construído: o Airbus A380.
Disposição das camadas do Glare
