O processo de enrolamento filamentar tem por objetivo a produ¸c˜ao de geometrias cil´ındricas. Em contrapartida, as propriedades mecˆanicas requeridas pelos crit´erios de falha devem idealmente ser obtidas a partir de corpos de provas extra´ıdos de superf´ıcies planas, refor¸cadas unidirecionalmente.
Para obter tais superf´ıcies, ´e pratica comum utilizar o processo de lamina¸c˜ao manual. Entretanto, as amostras obtidas por esse processo n˜ao se assemelham per- feitamente `aquelas obtidas atrav´es do enrolamento filamentar, em termos de fra¸c˜ao volum´etrica, tensionamento e alinhamento das fibras.
Para garantir a obten¸c˜ao de amostras mais representativas aos tubos fabricados, um perfil retangular de alum´ınio foi produzido e instalado sobre um mandril do equipamento de enrolamento filamentar, conforme observado na Figura 7.11. A estrutura foi conectada ao mandril atrav´es de barras roscadas transpassadas aos furos de conex˜ao entre os plugs e o mandril e em seguida foram fixadas por porcas, garantindo boa estabilidade durante o seu giro. Um mandril de 1m de comprimento foi utilizado e as dimens˜oes gerais do perfil s˜ao de 250mm x 350mm x 850mm. As placas do perfil foram interligadas atrav´es de cantoneiras e um espa¸camento foi intencionalmente deixado em cada aresta para facilitar o corte e remo¸c˜ao das placas de comp´osito obtidas ao final deste processo de fabrica¸c˜ao.
Figura 7.11: Perfil quadrado constru´ıdo para a produ¸c˜ao de placas planas para extra¸c˜ao de corpos de provas de caracteriza¸c˜ao de material.
(a) Teste de produ¸c˜ao de perfil retangular usando enrolamento com linhas de costura.
(b) Verifica¸c˜ao dos ˆangulos obtidos no pro- cesso de enrolamento do perfil retangular.
Figura 7.12: Processo de calibra¸c˜ao dos parˆametros do equipamento de enrolamento filamentar para a produ¸c˜ao de perfis retangulares.
Um est´agio inicial de calibra¸c˜ao foi necess´ario para obter os parˆametros de produ¸c˜ao das placas. Primeiramente, imaginou-se considerar o diˆametro equiva- lente ao per´ımetro do perfil (Deq = 356mm). Por´em, o diˆametro m´aximo admitido
pelo equipamento ´e de 200mm. O valor de diˆametro determina as rela¸c˜oes entre as velocidades do rota¸c˜ao do mandril e de transla¸c˜ao do banho de resina.
Foi necess´ario, ent˜ao, estabelecer uma rela¸c˜ao de equivalˆencias de tangentes para determinar o ˆangulo fict´ıcio a ser inserido no equipamento em conjunto com o diˆametro fict´ıcio D = 200mm, para que, ao final, o perfil real de Deq = 356mm
tivesse o ˆangulo requerido. Para verificar a adequa¸c˜ao de tal adapta¸c˜ao, foram re- alizados testes iniciais utilizando linha de costura e sem utilizar qualquer tipo de banho de resina, conforme visto Figura 7.12. Este ´e um teste extremamente barato e simples, que permite conhecer e se familiarizar com os parˆametros do equipamento. Um transferidor foi utilizado para verificar o ˆangulo obtido em cada teste.
Ap´os o per´ıodo de calibra¸c˜ao, a produ¸c˜ao das placas foi iniciada, utilizando os parˆametros apresentados no Apˆendice E. Trˆes camadas circunferenciais foram uti- lizadas, totalizando uma espessura de cerca de 4mm. Para facilitar a desmoldagem das placas, a superf´ıcie do perfil foi inicialmente coberta por uma camada de teflon. Ao final do processo de enrolamento, a estrutura foi levada ao forno e curada com o mesmo ciclo t´ermico utilizado nos tubos. Em seguida, suas arestas foram cor- tadas com o aux´ılio de uma micro ret´ıfica Dremel com discos de corte para material cerˆamico, resultando em quatro superf´ıcies planas para extra¸c˜ao de corpos de prova (Figura 7.13). Desta maneira, corpos de provas planos puderam ser obtidos.
Apesar de uma ´unica caixa ser o suficiente para a extra¸c˜ao de um grande n´umero de corpos de prova, uma s´erie de dificuldades foram encontradas e o processo de fabrica¸c˜ao foi realizado cinco vezes para que uma qualidade satisfat´oria fosse obtida.
(a) Caixa de comp´osito ap´os cura.
(b) Corte para a extra¸c˜ao de placas. (c) Placas extra´ıdas ao final do processo.
Figura 7.13: Processo de extra¸c˜ao das placas de comp´osito.
Durante a produ¸c˜ao das primeiras placas, foi observado que o tensionamento das fibras deformava as arestas do perfil, ocasionando a produ¸c˜ao de placas distorcidas. Para corrigir esse problema, cantoneiras met´alicas foram aparafusadas ao longo das superf´ıcies internas do perfil para aumentar a sua rigidez. Estes refor¸cos permitiram a produ¸c˜ao de superf´ıcies mais planas.
Adicionalmente, observou-se que as fibras mais externas vibravam bastante du- rante a rota¸c˜ao do perfil no forno e isso resultava em superf´ıcies bastante irregulares, com fibras trepadas umas sobre as outras. Para corrigir esse problema, o excesso de resina foi raspado com esp´atula de teflon ap´os o enrolamento filamentar e, em seguida, o perfil foi completamente envelopado com fita crepe antes de ser levado ao forno, conforme mostra a Figura 7.14. Esta restri¸c˜ao eliminou a vibra¸c˜ao das fibras durante a rota¸c˜ao do perfil e promoveu um melhor acabamento superficial das placas produzidas.
Ap´os a produ¸c˜ao, as placas de comp´osito foram usinadas atrav´es de corte por jato d’´agua, para garantir um bom controle dimensional dos corpos de prova extra´ıdos. Esta t´ecnica garante uma precis˜ao da ordem de 0.1mm. A Figura 7.15 apresenta o estado das placas ap´os usinagem. Um total de 20 amostras foram extra´ıdas para cada tipo de ensaio. Este n´umero ´e superior `a quantidade de testes necess´arios e d´a margem para que amostras defeituosas sejam descartadas.
(a) Caixa de comp´osito envelopada ap´os o processo de enrolamento filamentar.
(b) Estado final da caixa de comp´osito ap´os ciclo t´ermico.
Figura 7.14: Envelopamento da caixa de comp´osito para melhoria do acabamento superficial das placas produzidas.
(a) Corpos de prova de cisalhamento. (b) Corpos de prova de compress˜ao.
(a) Corpos de prova de cisalhamento. (b) Corpos de prova de compress´ao.
Figura 7.16: Processo de lixamento para eliminar defeitos de fabrica¸c˜ao.
O processo de envelopamento da caixa de comp´osito promoveu uma grande me- lhoria no acabamento superficial das placas. Entretanto, ap´os a extra¸c˜ao das amos- tras, a se¸c˜ao dos corpos de prova revelou a ocorrˆencia de defeitos provocados pela defluˆencia da resina entre as tiras de fita crepe. Este fenˆomeno aprisionou papel no interior da resina em forma de defeitos planares. Para eliminar esse defeito, todas as amostras foram lixadas em lixas de fita at´e que toda a regi˜ao defeituosa fosse eli- minada. A Figura 7.16a mostra o processo de lixamento realizado e a Figura 7.16b apresenta se¸c˜oes de corpos de prova antes e depois do lixamento.
Apesar de todo o esfor¸co, observou-se ainda que o processo de fabrica¸c˜ao leva a amostras de espessuras vari´aveis do centro para as bordas de cada placa. Isto ocorre porque o maior tensionamento das fibras nas arestas e a maior facilidade de escape da resina pelas bordas durante o seu processo de rota¸c˜ao dentro do forno faz com que a regi˜ao das bordas possua uma quantidade menor de resina. Para minimizar esta varia¸c˜ao, procurou-se, sempre que poss´ıvel, extrair as amostras das regi˜oes mais pr´oximas ao centro das placas.
Uma ´ultima observa¸c˜ao ´e que, diferentemente da produ¸c˜ao dos tubos, onde as fi- bras s˜ao continuamente assentadas no mandril, no processo de enrolamento do perfil retangular, as fibras s˜ao assentadas de uma ´unico instante em cada face. Isto ocasio- nou um grande n´umero de pontos de aprisionamento de ar em forma de microcanais que, em alguns casos, percorrem toda a extens˜ao das placas.