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.