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Materiais e procedimentos experimentais Com este capítulo pretende-se dar a conhecer quais os materiais testados, como foram

3.1 Materiais testados

Seguidamente apresentam-se todos os materiais utilizados e as técnicas de processamento

de amostras.

3.1.1 Materiais

As fibras utilizadas neste trabalho são fibras longas de carbono que se apresentam sob a

forma de tecido biaxial (Tabela 3.1 e Figura 3.1), estando estas em formas de rolo.

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

Utilizaram-se dois tipos de resinas de características epóxidas, resina epóxida 520 com

endurecedor 523 (Tabela 3.2) e resina SR 1500i com endurecedor SD 2505 (Tabela 3.3),

sendo a última mais resistente ao fogo (menos inflamável). Os dados foram retirados das

fichas do produto fornecidas pelo fabricante.

Tabela 3.1 – Principais características do tecido de fibras de carbono usado.

CARACTERISTÍCA VALOR

Tipo de tecido Biaxial [0º/90º]

Material Carbono

Módulo de Young [GPa] 230

Referência 195-1000

Gramagem [g/m2] 196

Tabela 3.2 – Principais características da resina epoxida 520 e endurecedor 523.

CARACTERISTÍCA RESINA ENDURECEDOR

Aspecto Líquido Líquido

Cor Transparente Amarelo

Massa volúmica [g/cm3] 1.16 1

Rácio de mistura 1 1/3

Ciclo de cura e de pós-cura 8 H a 20°C

Tabela 3.3 – Principais características da resina SR 1500 i e endurecedor SD 2505.

CARACTERISTÍCA RESINA ENDURECEDOR

Aspecto Líquido viscoso Líquido

Cor Branca Amarelo

Massa volúmica [g/cm3] 1.57 1

Rácio de mistura 1 1/0,17

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

Neste trabalho será usada a designação da Tabela 3.4 para a identificação das misturas das

resinas com os respectivos endurecedores.

Tabela 3.4 – Identificação das resinas.

DESIGNAÇÃO RESINA/ENDERUCEDOR

E 520 / 523

E* SR 1500 i / SD 2505

As micro-esferas de vidro ocas utilizadas neste trabalho são produzidas pela 3M em

Inglaterra, as suas principais características encontram-se descritas na Tabela 3.5.

Tabela 3.5 – Principais características das micro-esferas de vidro ocas utilizadas.

CARACTERÍSTICA VALOR

Tratamento de superfície Nenhuma

Cor aparente Branca

Diâmetro médio das micro-esferas [µm] 200

Massa volúmica [g/cm3] 0.2

3.1.2 Metodologia de processamento

Laminados

A literatura apresenta inúmeras formas de processamento [1], desde técnicas manuais como

é o caso da Hand lay-up (moldação manual), passando por técnicas completamente

automatizadas, como é o caso da moldação por compressão e injecção.

Para os componentes fabricados a partir de materiais compósitos reforçados por fibras, faz-

se uso de rolos de fibras pré-impregnados com resina. Esses rolos são colocados sobre uma

placa que serve como uma superfície de referência (molde), dependendo o ângulo de

deposição das fibras dos requisitos de projecto. Sobre a superfície de referência deve-se

colocar a um elemento desmoldante entre as fibras pré-impregnadas com resina para que o

compósito posteriormente se desmolde com facilidade. Após a impregnação das fibras, basta

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

que haja a cura da resina. A pressão existente neste processo faz com que haja uma melhor

compactação do conjunto de fibras e resina.

Para o presente trabalho, o processo Hand Lay-up seguido de um processo de cura de

vaccuum baggind mostrou-se o mais adequado pois não requer equipamentos dispendiosos,

reduzindo o custo de produção das amostras. Um aspecto negativo a destacar é o facto de se

tratar de um processo manual tornando a qualidade da peça dependente da perícia de quem

a molda, devendo assim ter-se o maior cuidado possível, de forma a obter amostras

semelhantes. Foram moldadas três tipos de amostras (Tabela 3.6), sendo as amostras

denominadas de F1 e F2 realizadas com a resina E menos resistente ao fogo e a amostra F3

obtida com a resina mais resistente ao fogo E*.

Tabela 3.6 – Tipo de laminados moldados.

AMOSTRA REFERÊNCIA TECIDO NÚMERO DE CAMADAS RESINA UTILIZADA

F1 195-1000 2 E

F2 195-1000 4 E

F3 195-1000 4 E*

Na Tabela 3.7 encontram-se as espessuras das três amostras.

Tabela 3.7 – Espessuras dos laminados moldados.

AMOSTRA ESPESSURA [mm]

F1 0.95

F2 1.35

F3 1.48

Seguidamente apresenta-se a descrição das várias etapas para a obtenção da amostra F2.

o 1ª Etapa – Certifica-se que o ambiente de trabalho está limpo e colocam-se luvas, pois a fibra é susceptível de contaminação.

o 2ª Etapa – Prepara-se a zona a moldar para receber as camadas do laminado garantido que esta se encontra devidamente limpa. De forma a garantir que a

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

primeira camada do laminado não adira cobre-se a zona a moldar com plástico

(agente desmoldante).

o 3ª Etapa – Mistura-se a resina Epoxida 520 com o Endurecedor 523, nas proporções apresentadas na Tabela 3.2. É de realçar que o processo de moldação deve ser

realizado rapidamente, pois a polimerização ocorre num curto intervalo de tempo. Na

Figura 3.2 pode-se observar a preparação da mistura.

Figura 3.2 – Mistura da resina 520 com o endurecedor 523.

o 4ª Etapa – Após o corte correcto do tecido de fibra de carbono, este coloca-se sobre a placa com o ângulo de orientação desejado. De seguida coloca-se uma camada de

resina sobre a manta, procurando garantir a impregnação completa do tecido com

uma trincha, como se pode ver pela Figura 3.3.

Figura 3.3 – Processo de empilhamento.

o 5ª Etapa – A etapa anterior repete-se 4 vezes, tendo sempre o cuidado do empilhamento estar na direcção correcta.

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

o 6ª Etapa – Aplica-se vácuo sobre o empilhamento moldado, como se vê na Figura 3.4, durante 8 horas sendo este o tempo de cura da resina.

Figura 3.4 – Processo de vacuum bagging.

Micro-esferas de vidro ocas

A preparação das micro-esferas de vidro ocas requer muito cuidado e uso de máscara

respiratória visto que estas se apresentam sobre a forma de pó que se dispersa muito

facilmente. Para a obtenção das estruturas de micro-esferas de vidro ocas e sandwich

utilizou-se um molde em aço de forma a pode-se moldar o máximo de estruturas possível (

Figura 3.5). Este molde é formado por uma estrutura em alumínio amovível que permite

obter três espessuras do núcleo – 3, 5 e 7 mm. As estruturas de micro-esferas ocas de vidro

foram processadas com espessuras de 7 mm.

Figura 3.5 – Molde utilizado para o processamento das micro-esferas ocas de vidro e das estruturas sandwich.

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

Foram construídas 2 amostras de micro-esferas de vidro ocas misturadas com resina como

demonstra a Tabela 3.8. A amostra designada por ME utiliza na sua composição a resina

menos resistente ao fogo (designação E) e a amostra denominada de ME* emprega na sua

constituição a resina mais resistente ao fogo (denotação de E*).

Tabela 3.8 – Tipo de amostras de micro-esferas de vidro ocas usadas.

AMOSTRA VOLUME DE MICRO-ESFERAS [%] VOLUME DE RESINA [%]

ME 30 E 70

ME* 30 E* 70

Seguidamente apresenta-se a descrição das várias etapas para a obtenção da amostra ME*.

o 1ª Etapa – Certifica-se que o ambiente de trabalho está limpo e faz-se o uso de luvas, pois a fibra e as micro-esferas ocas de vidro são susceptíveis à contaminação.

o 2ª Etapa – Aplica-se desmoldante no molde e no anel de alumínio (de 7 mm de altura).

o 3ª Etapa – Mistura-se a resina epoxida 520 com o endurecedor 523 nas proporções da Tabela 3.2 e seguidamente as micro-esferas ocas de vidro nas proporções da

Tabela 3.8. Vale a pena realçar que o processo de mistura deve ser realizado

imediatamente, pois a polimerização ocorre num curto intervalo de tempo.

o 4ª Etapa – Após o molde estar montado vaza-se a mistura preparada na etapa anterior.

o 5ª Etapa – Fecha-se o molde por compressão e destapa-se um pequeno orifício de forma a ser possível realizar vácuo.

o 6ª Etapa – Realização de vácuo sobre o molde.

Estruturas Sandwich

Foram realizadas 5 amostras diferentes de estruturas sandwich (Tabela 3.9). Para as

estruturas intituladas de S1 e S2 têm como peles as estruturas F1 e núcleo a estrutura ME,

mas com 3 mm e 5 mm respectivamente de espessura. As estruturas S3 e S4 possuem peles

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

estrutura sandwich denominada S5 é semelhante à S4 usando no seu núcleo a estrutura ME*

de 5 mm e a estrutura F3 para as peles.

Tabela 3.9 – Tipo de estruturas sandwich construídas.

AMOSTRA EMPILHAMENTO ESPESSURA NÚCLEO [mm]

S1 F1/ME/F1 3

S2 F1/ ME /F1 5

S3 F2/ ME /F2 3

S4 F2/ ME /F2 5

S5 F3/ ME */F3 5

O procedimento para a obtenção das estruturas sandwich encontra-se descrito nas etapas

que se seguem, para a estrutura S4.

o 1ª Etapa – Certifica-se que o ambiente de trabalho está limpo e faz-se o uso de luvas, pois a fibra e as micro-esferas ocas de vidro são susceptíveis de

contaminação.

o 2ª Etapa – Aplica-se desmoldante no molde e ao anel de alumínio (de 5 mm de altura).

o 3ª Etapa – Cortam-se as placas de fibra F2 com as dimensões do molde e fazem-se as furações correctas de forma a ajustarem-se ao molde (Figura 3.6).

Figura 3.6 – Molde montado com a placa de fibras. Local das placas

Capítulo 3 – Materiais e procedimentos experimentais Materiais testados

o 4ª Etapa – Mistura-se a resina Epoxida 520 com o endurecedor 523 nas proporções da Tabela 3.2 e de seguida mistura-se com as micro-esferas ocas de vidro nas

proporções da Tabela 3.8. De realçar que o processo de mistura deve ser realizado

imediatamente, pois a polimerização ocorre num curto intervalo de tempo.

o 5ª Etapa – Vaza-se a mistura preparada na etapa anterior para o molde preparado na 3ª etapa.

o 6ª Etapa – Fecha-se o molde por compressão e liberta-se um pequeno orifício de forma a ser possível realizar vácuo.

o 7ª Etapa – Realização de vácuo sobre o molde.

Os materiais processados anteriormente (fibras, micro-esferas ocas de vidro e resinas) foram

obtidos na empresa Rebelco - Representações Belchior Costa, Lda.

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