Soluções de fibra de carbono para colagem exterior

Existem múltiplas soluções nas quais a fibra de carbono é apresentada no mercado para reforço estrutural. Pode encontrar-se fibra de carbono sob formato de tecido/manta, lâminas retangulares com diferentes secções geométricas, barras circulares com diferentes diâmetros.

A escolha do tipo de solução dependerá do tipo de reforço e da viabilidade da sua aplicação. No caso do reforço estrutural com compósitos de fibra de carbono colado exteriormente (EBR), são usados os tecidos de fibra de carbono (unidirecional (1D), bi-direcional (2D) ou multi-direcional (3D)) ou as lâminas de fibra de carbono (assumindo diferentes dimensões em função do reforço).

A aplicação de tecidos de fibra de carbono constitui o sistema de reforço in situ e a aplicação de laminado de fibra de carbono constitui o sistema de reforço pré-fabricado, como será referido nos pontos 4.21 e 4.2.2.

4.2.1 MANTA/TECIDO DE FIBRA DE CARBONO

Os tecidos/mantas de fibra de carbono (figura 17) constituem grande parte das soluções de fibra de carbono em reforço estrutural no Brasil. São considerados quando se pretende reforçar um elemento à flexão, ao corte ou por encamisamento. O uso desta solução permite contemplar múltiplos cenários que não poderiam ser admitidos com soluções como aumento de secção de betão, chapas metálicas ou até mesmo lâminas de fibra de carbono. Sendo o tecido uma peça maleável e adaptável no que concerne às suas características geométricas, pode ser utilizado no reforço de lajes, vigas, pilares, chaminés, silos, paredes, reservatórios, entre outros.

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Figura 17 - Tecido de fibra de carbono unidirecional

[Fonte: http://www.aviacao.org/article/materias-compositos/3/ - consulta atualizada em 04-09-2014]

O sistema de aplicação de tecidos de fibra de carbono é o sistema curado in situ. Consiste na aplicação de mantas/tecidos em estado seco ou pré-impregnado, sobre uma primeira camada de adesivo colocado na superfície a reforçar. A polimerização do conjunto compósito é feita no momento de aplicação do reforço, isto é, este sistema só é considerado compósito aquando do endurecimento do adesivo na estrutura (Azevedo, 2008).

O resultado final da mistura entre a fibra e o adesivo endurecido forma o compósito de fibra de carbono, com espessura muito difícil de determinar, rondando valores decimais de milímetros na grande maioria dos casos, pelo que em termos de dimensionamento é considerada a espessura do tecido (Bulletin 14 fib:01, 2001).

As mantas/tecidos de fios de carbono têm variações significativas nas propriedades mecânicas, pois dependem do modo de aplicação, na direção e comprimento dos fios de carbono e até mesmo das propriedades mecânicas do adesivo de colagem. Sendo então importante fazer notar que, muitas vezes, as características mecânicas efetivas do reforço CFRP (da literatura internacional Carbon Fiber Reinforced Polymer) são omitidas pelo fabricante, dando-se ênfase às características isoladas da fibra de carbono. Esta omissão tem provocado algumas conclusões exageradas das características mecânicas dos compósitos, em que se afirma prematuramente que determinados compósitos proporcionam valores de resistência à tração, módulos de elasticidade, deformação de rotura bastante superiores aos que efetivamente se verificam em laboratório e na prática. No que diz respeito à análise das características técnicas de um tecido de fibra de carbono, deve considerar-se, como já referido, o efeito negativo que o adesivo provoca no mesmo. Assim sendo, não faz sentido fazer-se uma análise isolada do tecido, mas sim num conjunto tecido mais adesivo (Tarso, 2005).

O produto SikaWrap 300 C é um exemplo de uma manta de fibra de carbono, unidirecional que permite a realização de reforço com o sistema in situ. A ficha técnica deste produto considera a

41 influência negativa do adesivo nas características mecânicas da fibra, onde consta o valor de resistência à tração de 4000 MPa para fibra seca e o valor de resistência à tração mínimo de 3200 MPa, para a fibra impregnada com adesivo da mesma gama. Considera-se uma perda de 20% de resistência à tração com a aplicação de adesivo, que num reforço estrutural é um dado representativo e importante.

No capítulo 7 será aprofundada a comparação dos líderes de mercado brasileiro e as informações técnicas fornecidas pelos mesmos.

Nas fichas técnicas deverá ser colocada toda a informação vital para assegurar a boa funcionalidade de um sistema de reforço por fibra de carbono. Os dados que se consideram relevantes num tecido de fibra de carbono são os seguintes:

 Direção dos fios de carbono;

 Gramagem;

 Espessura do tecido;

 Densidade;

 Resistência à tração (fibra seca);

 Módulo de Elasticidade (fibra seca);

 Alongamento (fibra seca);

 Módulo de elasticidade (fibra impregnada com adesivo);

 Resistência à tração (fibra impregnada com adesivo);

 Consumo estimado de adesivo para o tecido.

Com as informações mencionadas anteriormente, pode fazer-se uma verdadeira análise das características do produto de uma forma global e coerente.

Geralmente, existe um adesivo específico para determinado tipo de tecido, pelo que também se limitada pelo que não é conveniente a sua aplicação em confinamento de pilares, por exemplo.

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A utilização de lâminas constitui o sistema pré-fabricado, considerando que neste caso o compósito é formado em fábrica antes da sua aplicação na estrutura. A designação de pré-fabricado dá-se pela prévia polimerização da fibra de carbono com um adesivo que forma a matriz polimérica (figura 18), sendo que a fibra de carbono com adesivo forma o laminado, independente do adesivo de colagem aplicado posteriormente (Azevedo, 2008).

O processo de polimerização das fibras resulta da impregnação de um conjunto de feixes ou camadas contínuas de fibras por uma resina termoendurecível, consolidadas por um processo de pultrusão com controlo de espessura e da largura do compósito. A orientação unidirecional das fibras permite maximizar a resistência e a rigidez no sentido longitudinal (Azevedo,2008).

Figura 19 - Lâmina de fibra de carbono

[Fonte: http://www.felix.by/news/121/ - consulta atualizada em 04-09-2014]

A laminação das fibras de carbono formam as, habitualmente designadas, lâminas de fibra de carbono, que variam na sua espessura entre os 1,0 mm e os 1,4 mm (para lâminas de colagem exterior). No caso de lâminas de fibra de carbono para inserção no interior da estrutura, através de ranhuras pela espessura da lâmina, podem atingir em média os 3,0 mm (técnica NSM – Near Surface Mounted).

À semelhança das mantas de carbono, apresentam variações quanto ao teor de carbono, módulo de elasticidade e deformação de rotura entre a fibra de carbono e o compósito de fibra de carbono.

Apesar do adesivo aplicado sobre a lâmina de fibra de carbono não ter uma influência tão significativa como o adesivo sobre o tecido, os dados técnicos da lâmina deverão ser bem explícitos bem como do adesivo correspondente.

Figura 18 - Esquema de lâmina de fibra de carbono

[Fonte: Materiais Compósitos Reforçados com Fibras, FRP; Juvandes (2002), página 33]