Matriz polimérica ou laminado

A matriz polimérica ou laminado é, como o próprio nome indica, um polímero composto por dois elementos que são as fibras e a resina polimérica. É responsável pela distribuição das tensões entre as fibras, de forma uniforme e também assume um papel importante na proteção das mesmas em relação aos agentes exteriores. A matriz de um sistema compósito garante a total coesão entre as fibras unificando os fios soltos como se encontra, por exemplo, num tecido de fibra de carbono.

A matriz polimérica pode pertencer a um dos dois grupos:

 Termoplásticos;

 Termoendurecíveis.

As resinas termoplásticas têm na sua constituição molecular, ligações fracas com pontes de hidrogénio, não possuindo as ligações covalentes. Após a polimerização, possuem moléculas predominantemente lineares, o que permite uma alta variabilidade e instabilidade do seu estado físico com variação de temperatura. São exemplos de um termoplástico, o polipropileno, a poliamida, o polietileno, o polibutileno e o PVC (policloreto de vinila). Pela sua característica

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polimérica, as resinas termoplásticas permitem a reciclagem e reutilização das mesmas, pelo facto destas não cristalizarem numa estrutura definitiva.

Umas das características mais importantes das resinas é a temperatura de transição vítrea (Tg), que consiste na temperatura limite que proporciona a passagem de um estado vítreo e frágil para um estado sólido elástico e dúctil (Marques, 1982).

A capacidade, das resinas termoplásticas, de transformar o seu estado físico com temperaturas reduzidas (quando comparadas com outras resinas), é uma desvantagem no que diz respeito à sua utilização no reforço estrutural, pois detém uma temperatura de transição vítrea (Tg) reduzida, provocando instabiliadade e insegurança ao sistema de reforço. Pode entender-se a cadeia de um polímero termoplástico pela sequência da figura 8:

Figura 8 - Cadeia de polímero termoplástico

As resinas termoendurecíveis, ao contrário das resinas termoplásticas, através do seu processo químico de polimerização, têm na sua composição química ligações moleculares covalentes, que lhes garante uma estrutura quimicamente resistente. São exemplos de resinas termoendurecíveis as de poliéster, de viniléster, epóxidas e fenólicas. Devido à sua resistência química, estas resinas não podem ser recicladas e/ou reutilizadas. São caracterizadas pela sua baixa viscosidade, o que permite uma boa capacidade de impregnação nos elementos onde é aplicada. A sua temperatura de transição vítrea (Tg) é bastante superior à das resinas termoplásticas, o que faz deste tipo de resina uma preferência para o reforço estrutural com compósito de fibra no sistema EBR (Externally Bonded Reinforcement).

Geralmente, a matriz polimérica de um sistema compósito de reforço estrutural pertence ao grupo das matrizes termoendurecíveis. A grande diferença com a matriz termoplástica, é que, por ser termoendurecível, se torna num produto termicamente estável, enquanto que uma matriz termoplástica se torna num produto plástico quando aquecido e num produto rígido quando arrefecido, não transferindo estabilidade ao sistema face a variações térmicas. Uma resina com temperatura de transição vítrea (Tg) baixa, apresenta também baixa ductilidade, o que para uma resina de colagem para reforço estrutural não é, naturalmente, tomado como uma vantagem, sendo que são necessárias tensões menores para atingir a rotura, em relação a uma resina com

23 elevada ductilidade, além de que um material com comportamento frágil atinge a tensão de rotura de forma imprevisível.

O uso de uma matriz termoendurecível permite adquirir no sistema as seguintes vantagens:

 Maior resistência aos agentes químicos pelo seu processo de produção;

 Reduzida fluência e perda de tensões por relaxação;

 Estabilidade face a ações térmicas variáveis;

 Baixa viscosidade que facilita a impregnação nas fibras.

Em suma, a matriz polimérica assume um papel fundamental na constituição do sistema, sendo que tem que garantir as seguintes funções:

 Aglutinação das fibras;

 Proteção das fibras de abrasão e de agressões ambientais;

 Transferência de tensões para as fibras;

 Compatibilidade química, térmica e mecânica com as fibras;

 Impedir deslocamentos horizontais e transversais das fibras;

 Resistência à encurvadura das fibras quando solicitadas a esforços de compressão.

Na figura 9 pode verificar-se a constituição de uma matriz polimérica de fibra de carbono, através de uma ampliação microscópica e de uma figura ilustrativa.

Figura 9 - Matriz polimérica por ampliação microscópica e esquemática

[Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAABouwAK/matriais-compositos-com-matriz-ceramica (consulta atualizada a 04-09-2014); Documentos da disciplina de Inspeção e Reforço de Estruturas(ISEP); Rodrigues, Carlos

(2013) ]

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Conforme referido, as resinas termoendurecíveis são de uso mais comum no âmbito da construção devido às suas características físicas e químicas. A tabela 1 permite a comparação dos valores médios das características mecânicas entre as diferentes resinas termoendurecíveis.

As resinas epóxidas, inseridas no grupo das termoendurecíveis, estão associadas à fibra de carbono para o compósito de reforço de FRP. O compósito de FRP com fibra de carbono colado com resina epóxi, geralmente é utilizado quando se pretende garantir elevada resistência à flexão e tração, estabilidade térmica da resina e boas características de deformação para assumir um comportamento compatível ao da fibra.

Tabela 1 - Propriedades básicas de resinas termoendurecíveis

Propriedade Unidades Poliéster Epóxidas Viniléster Fenólica Resistência à tração MPa 20 - 100 55 - 130 68 - 90 30 - 50 As resinas epóxidas, além das suas características resistentes, apresentam também baixa retração térmica, que garante estabilidade geométrica ao sistema de reforço. Naturalmente, a resina de epóxi apresenta custos relativamente mais elevados que as restantes, no entanto, permite suprir com segurança e durabilidade um sistema de reforço estrutural.