Alterações ao processo RTM devido à utilização de termoplásticos reativos e de

O processamento reativo de compósitos de matriz termoplástica tem muito em comum com o processo de fabrico de compósitos termoendurecíveis. Contudo, existem algumas diferenças importantes, nomeadamente [2, 18]:

− A reatividade dos sistemas termoplásticos é superior à dos sistemas termoendurecíveis, o que resulta num aumento mais rápido na viscosidade e limita a janela temporal para a impregnação;

− Nos dois sistemas poliméricos o aumento da temperatura de processamento traduz-se num aumento da velocidade de polimerização/cura. Contudo, quando se processam termoplásticos reativos de natureza semicristalina é necessário ter em consideração que a temperatura afeta adversamente a cristalização. A temperatura de processamento deve ser criteriosamente selecionada para que a polimerização e a cristalização estejam bem equilibradas. Se a temperatura for demasiadamente baixa, a velocidade de cristalização será excessivamente elevada, o que pode conduzir não só ao aprisionamento de grupos funcionais reativos no interior de cristais em crescimento antes destes poderem polimerizar, mas também à geração de vazios, devido à rápida contração na cristalização, tendo ambos um efeito adverso no desempenho mecânico do compósito. Por outro lado, se a temperatura for demasiado elevada, o grau de cristalinidade final é reduzido, o que reduz a resistência mecânica, a rigidez e a resistência química do polímero e, consequentemente, do compósito;

− Alguns precursores termoplásticos, como por exemplo o ε-caprolactama, o ω- laurolactama e o CBT, têm uma viscosidade no estado fundido que é uma ordem de grandeza inferior à das resinas termoendurecíveis comuns. Consequentemente, as forças de capilaridade que ocorrem durante a impregnação da fibra são significativas e constituem uma potencial fonte para a formação de vazios;

− À temperatura ambiente a maioria dos precursores termoplásticos são ainda sólidos, enquanto a maioria das resinas termoendurecíveis se encontram no estado líquido. Nesta situação, torna-se necessário dispor de um equipamento com um sistema de aquecimento que permita a fusão do termoplástico reativo;

− Se a temperatura de polimerização for superior à temperatura de fusão do polímero final (caso, por exemplo, da poliamida 12) é necessário dispor de um sistema de arrefecimento incorporado no molde, de modo a permitir a produção em série;

− Alguns sistemas reativos requerem o armazenamento e processamento dos materiais sob atmosfera de azoto. Nestes casos, é aconselhável desgaseificar a mistura reativa antes da sua injeção no molde para minimizar a presença de porosidades no compósito final;

Compósitos de matriz termoplástica de baixa viscosidade reforçados com fibras naturais de origem vegetal Processo de Fabrico e Seleção do Sistema Termoplástico-Fibra Vegetal

− Todas as ferramentas auxiliares ao processamento, como por exemplo as tubagens de transporte, devem ser termicamente resistentes e não devem reagir quimicamente com os termoplásticos reativos.

Na Figura 3.3 é representado esquematicamente o equipamento RTM, utilizado na Escola Politécnica Federal de Lausanne, para produzir placas genéricas e secções de um painel de um automóvel em APA-12 reforçada com fibra de carbono na forma de tecido [25]. Como se mostra na figura, a unidade de injeção é constituída por dois tanques, duas bombas de engrenagem e duas tubagens que conduzem, respetivamente, o sistema ativador líquido e o monómero dos tanques para a cabeça misturadora. O monómero está no estado fundido, pelo que o tanque, a bomba e os tubos são mantidos a uma temperatura de 180 °C durante o processamento. O sistema ativador líquido (que já contém o ativador e o catalisador) é mantido à temperatura ambiente para impedir a sua degradação. Ambos os materiais necessitam de ser mantidos sob atmosfera de azoto. Imediatamente antes da injeção, ocorre a mistura do monómero fundido com o sistema ativador líquido (2,5% volume) numa cabeça misturadora estática. A temperatura do molde necessita de ser controlada, desde uma temperatura superior à de fusão do monómero até um valor máximo, que varia entre 200°C e 250°C, seguido de arrefecimento até uma temperatura inferior à de fusão da APA-12, de modo a permitir a desmoldação. Os referidos autores verificaram que, de um modo geral, os componentes produzidos estavam bem impregnados e polimerizados, demonstrando a viabilidade do processo quando aplicado a fibras de carbono na forma de tecido.

Na Figura 3.4 é apresentado um exemplo de sequência de processamento RTM, particularizado para o processamento reativo de compósitos de polibutileno tereftalato, realizado em condições isotérmicas [34]. Neste caso utilizou-se um sistema reativo bicomponente, ou seja, a mistura da resina CBT com o catalisador foi realizada imediatamente antes da injeção da resina no molde. A sequência de processamento apresentada é constituída pelas seguintes fases:

− Fusão do oligómero e sua manutenção a uma temperatura determinada;

− Adição do catalisador e mistura dos componentes durante um intervalo de tempo bem definido (tstir);

− Infusão a vácuo da mistura oligómero/catalisador no interior do molde que já contém as fibras de reforço;

− Aumento gradual da pressão de vácuo (Vi) até ao enchimento completo do molde (tfill). A

pressão de vácuo deve aumentar durante a infusão da resina devido ao aumento contínuo da viscosidade;

− O material é mantido no interior do molde fechado até que se complete o processo de polimerização e cristalização (tdem).

Figura 3.4: Sequência de processamento RTM [34].

A incorporação de fibras de reforço de origem vegetal no processamento de termoplásticos reativos por RTM delimita a temperatura de processamento para o limite de degradação das fibras. A natureza hidrófila das fibras requer que estas sejam submetidas a uma operação de secagem prévia ao processamento, para remoção da humidade residual. Outro problema típico das fibras naturais é o efeito mola (Spring Back Behaviour) que dificulta o fecho do molde e que facilita a movimentação das fibras durante o processamento, principalmente se a sua percentagem no compósito for baixa. Com o objetivo de reduzir este comportamento característico e, simultaneamente, permitir a incorporação de grandes percentagens de fibra no compósito, é aconselhada uma etapa de pré-prensagem das fibras à

Compósitos de matriz termoplástica de baixa viscosidade reforçados com fibras naturais de origem vegetal Processo de Fabrico e Seleção do Sistema Termoplástico-Fibra Vegetal

temperatura ambiente ou sob atmosfera aquecida. Outra possibilidade é a utilização das fibras na forma de pré-formas, mantas, tecidos ou outra, de modo a assegurar que não ocorre qualquer deslocamento durante o processamento. Adicionalmente, Rouison et al. (2006) [8] concluíram que a concentração de fibras e a pressão de injeção são parâmetros críticos para atingir um enchimento do molde adequado.