Fabricação dos corpos de prova

• Amostras fabricadas na GME Aerospace

Como dito, as amostras do Material 1, feitas com pré-impregnados unidirecionais de fibra de carbono/epóxi (Hexply® AS4/8552) da fabricante Hexcel®, foram fabricados pela GME Aerospace.

No início do processo o material (prepreg), que se encontrava armazenado a - 18°C, foi retirado do refrigerador e colocado em temperatura ambiente de 23°C. O corte do material foi realizado de forma automática e um gabarito foi usado para o processo de laminação dentro de uma sala branca, com controle de temperatura e umidade.

O processo de laminação ocorreu de forma alternada entre laminação e pré- compactação por vácuo. Assim, a cada oito camadas laminadas era realizada a pré- compactação com -85 bar por 15 minutos. Após a laminação de todos os corpos prova, a bolsa de vácuo foi montada conforme indica a Figura 3.5. Posteriormente o material foi movido para a autoclave.

O processo de cura na autoclave ocorreu com pressão de 100 psi (689,5 kPa) alcançando uma temperatura de 177°C, por um período de 120 minutos. As peças retangulares que foram obtidas nesse processo são formadas por 53 camadas. Após a despressurização, seguiram para o corte com disco de diamante. A peça de geometria poligonal é formada por 96 camadas e teve seu corte em um centro de usinagem.

Maiores detalhes a respeito do processo de fabricação dessas amostras podem ser encontrados em Rodovalho (2012).

Figura 3.5 – Bolsa de vácuo com amostras do material 1.

• Amostras fabricadas na Alltec – Materiais Compostos – Material 2

Os corpos de prova fabricados na Alltec são constituídos pelo prepreg carbono/epóxi SE-84LV GURIT. As etapas de fabricação foram realizadas na sala branca da empresa, que é uma sala limpa para evitar impurezas no material e com temperatura e umidade controladas. Inicialmente, os 10 m² de prepreg estavam em um rolo, refrigerado a -18°C. Ele foi retirado da câmera de refrigeração antes da laminação, possibilitando o degelo. O corte do prepreg foi feito de forma manual e um gabarito (superfície lisa) foi preparado para a laminação.

Foi laminada uma placa de 350x400 mm composta por 42 camadas do prepreg. Dessa placa foram tirados 8 corpos de prova nas dimensões finais 300x40 mm cada e direção de fibra 0°. Quatro dessas amostras com uma esfera de sílica no meio e quatro amostras com um pedaço de Teflon de 15x10 mm.

Devido a espessura final dessa placa, foi realizada uma pré-compactação com -81 bar por 10 minutos a cada 10 camadas do laminado. Após a primeira pré-compactação, foram colocados os quatro pedaços de Teflon em uma posição definida da placa (uma das metades da placa), mostrada na Figura 3.8(a), o que foi seguido pela colocação de mais 10 camadas do prepreg e uma nova pré-compactação, Figura 3.8(b). Na sequência foram

colocadas quatro esferas de sílica (cerca de 2 mm de diâmetro cada) na outra metade da placa, e novamente, mais 10 camadas e a pré-compactação, por último, mais 12 camadas, totalizando as 42 camadas de laminado. Dessa forma, os pedaços de Teflon ficaram entre as camadas 10 e 11, Figura 3.6, e as esferas de sílica entre as camadas 20 e 21, Figura 3.7. As amostras retiradas das regiões com o pedaço de Teflon foram denominadas T1, T2, T3 e T4, e as amostras com a sílica de S1, S2, S3 e S4.

(a) (b)

Figura 3.6 – Amostra com Teflon. (a) Dimensões, (b) Posição do teflon

(a) (b)

Figura 3.7 – Amostra com bolinha (a) Dimensões, (b) Posição da esfera de sílica

Simultaneamente, outra placa de 350x200 mm e com 42 camadas também foi laminada. Dela foram obtidos quatro corpos de prova com as mesmas dimensões de 300x40 mm e direção de fibra 0°, mas dessa vez sem a presença de elementos como teflon ou esfera de sílica entre camadas. Essa placa também participou do processo de pré-compactação a cada 10 camadas com -81 bar e, após curadas e cortadas, as amostras foram denominadas CP1, CP2, CP3 e CP4.

Após a laminação dessas duas primeiras placas, foram montadas no mesmo gabarito três placas de 290x100 mm, cada uma com cinco camadas de prepreg, para obtenção de nove corpos de prova na direção de fibra 0° e com dimensões finais de 250x15 mm. Foi laminada também uma placa de 220x130 mm e outra com 220x105 mm, ambas

com 10 camadas do prepreg, de onde foram obtidos 5 corpos de prova de 175x25 mm na direção 90°. Por fim, foi feita uma placa de 80x190 mm na direção 90°, que não foi cortada. O resumo com todas as placas laminadas e os corpos de prova correspondentes é mostrado na Tabela 3.4. Estas são apresentadas também na Figura. 3.8(c).

Tabela 3.4 – Descrição das placas e corpos de prova

Dimensão da placa Quantidade de camadas Placas após o corte

(a) Placa 340x440 42 8 placas de 300x40 mm

(b) Placa 340x220 42 4 placas de 300x40 mm

(c) 3 Placas de 290x100 5 9 placas de 250x15 mm

(d) Placa de 190x130 e 190x105 10 5 placas de 175x25 mm

(e) Placa de 80x190 9 1 placa de 80x190 mm

Com todas as placas montadas no gabarito, foi realizada a preparação para o processo de cura na autoclave. Para a montagem da bolsa de vácuo, foi colocado inicialmente o tecido Armalon, responsável por auxiliar na remoção de gases, Figura 3.8(d), seguido pela manta para remoção de resina Figura 3.8(e). Em seguida foi colocado a manta de Bidim, usado como canalizador para tirar ainda mais vácuo, Figura 3.8(f). Ao redor foi colocado o bambam, que é uma fita dupla face para isolamento da bolsa de vácuo, Figura 3.8(f). Por fim, foi colocado um filme para fechamento da bolsa e o gabarito foi conectado a bomba de vácuo, Figura 3.8(g). Após a pré-compactação, o gabarito foi encaminhado para a autoclave, Figura 3.8 (h).

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Figura 3.8 – Etapas do processo de fabricação

O ciclo de cura iniciou-se em 27°C, com uma taxa 1,47°C/min até 93°C, permanecendo nessa temperatura por 30 minutos. Na sequência, a temperatura foi elevada a 121°C com uma taxa de 2,55°C/min e permaneceu neste patamar por 2h15. O

resfriamento ocorreu a uma taxa de -2,69 °C/min até 35°C. A pressão durante o ciclo de cura atingiu 4,1 bar a uma taxa de 0,10 bar/min.

Após as placas serem retiradas da autoclave, foi realizada uma varredura por ultrassom na placa maior, na qual foram colocados o teflon e as bolinhas de sílica, permitindo identificar as posições dos defeitos antes do corte. Com as posições marcadas, as placas seguiram para a realização do corte com disco de diamante, Figura. 3.9, realizado no CTA – Centro Tecnológico Aeroespacial. As bordas nas amostras foram lixadas com lixa d’água número 320, para evitar acidentes com as fibras durante o manuseio para os testes.

Figura 3.9 – Corte das placas com disco de diamante

Após o corte algumas amostras receberam nomenclaturas que são constantemente citadas durante o texto, por isso são resumidas na Tabela 3.5.

Tabela 3.5 – Resumo de amostras

Nomenclatura Descrição da amostra dimensões

Grupo CP Amostras retangulares sem a inserção de defeitos (CP1, CP2, CP3 e CP4)

300x 40 mm

Grupo T Amostras retangulares com pedaço de Teflon (T1, T2, T3 e T4)

300x40 mm

Grupo S Amostras retangulares com esfera de sílica (S1, S2, S3 e S4)