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Índice
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Objetivo
3
Resumo
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1. Introdução teórica
5
2. Caracterização do material utilizado
17
3. Caracterização do equipamento utilizado no processo de
laminação a vácuo
21
3.1. Caracterização do equipamento utilizado no processo de
maquinação/reparação
22
4. Caracterização do equipamento de segurança utilizado
24
5. Procedimento Experimental
25
6. Análise e discussão de resultados
37
Conclusão
40
Bibliografia
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Este trabalho tem como principal objetivo, relatar e analisar todo o
processo de produção de uma peça em fibra de carbono, utilizando um molde
previamente selecionado.
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O molde foi limpo com cetona, para retirar contaminantes como óleo, pó,
entre outros…Foram aplicadas 3 camadas de desmoldante, com 30 minutos de
espera entre cada uma delas. Posteriormente foram drapadas 3 camadas de
fibra de carbono sendo a 1ª a 0º, a 2ª a 45º e a 3ª a 0º novamente. De seguida
foi aplicado o filme desmoldante e o tecido de drenagem. Foi feito o seu
ensacamento, utilizando saco de vácuo, mástique e uma válvula conectora,
sendo depois posta na estufa, em vácuo e a 125º durante 45 minutos. Depois
de desmoldada, e retificada a peça, fez-se a mistura da resina e executou-se
um pequeno processo de reparação.
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1. Introdução teórica
Nas últimas décadas, os materiais compósitos têm vindo a revelar-se
como um dos grupos de materiais tecnológicos mais interessantes e dinâmicos.
As razões da sua crescente utilização estão ligadas às suas propriedades e
características, tais como o seu baixo peso, elevada resistência e rigidez. Entre
as desvantagens na sua utilização podemos citar o seu elevado custo de
produção e a necessidade de proteção específica dos trabalhadores, para além
de potenciais custos associados à sua reciclagem. Embora o desenvolvimento
destes materiais tenha sido efetuado pelas indústrias de defesa e aeroespacial,
assiste-se recentemente ao alargamento do uso destes materiais noutras áreas
como a aeronáutica, náutica ou automóvel.
Os materiais compósitos são definidos por integrarem pelo menos dois
constituintes: uma matriz e um reforço. Estes dois componentes entreajudam-
se uma vez que a matriz assume a função de garantir a estabilidade
dimensional e química do compósito, conferindo-lhe a forma e protegendo as
fibras de reforço das condições ambientais. Por sua vez, o material de reforço,
garante a estabilidade das propriedades mecânicas tais como a rigidez ou a
resistência a esforços dos mais diversos níveis.
Fig.1 - Organigrama com os vários tipos de materiais compósitos existentes.
Tipos de materiais compósitos
Compósitos
Partículas
Compósitos
de Fibras
Compósitos
Laminares
Compósitos
Naturais
Betão
Asfalto
Cermet
Fibras de
carbono,
kevlar, vidro,
etc.
Matriz Epóxy,
poliéster,
PEEK, etc.
Contraplacado
Laminados de
fibras e resina
Sandwich
Madeira
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No caso dos compósitos reforçados com fibras, importa referir que
existem 3 tipos de matriz: Matriz Polimérica, Matriz cerâmica e Matriz
Metálica. Por sua vez existem inúmeros tipos de reforço, tais como a Fibra de
vidro, a fibra de carbono, a Aramida, etc.
1.1 Os Reforços
Os reforços podem ser de diversos tipos, no entanto os mais comuns
são as fibras de carbono, as fibras de aramida (ou Kevlar) e as fibras de vidro.
Os produtos básicos destes são filamentos contínuos, reunidos em feixes que
somam milhares desses filamentos (especifica-se como 1k, 3k, 6k, 12k, etc. um
feixe de mil, três mil, seis mil, etc. filamentos). Os filamentos podem ou não
estar alinhados ou torcidos (girando em torno deles mesmos como as roscas
de um parafuso), e podem posteriormente, através de tradicionais tecnologias
têxteis, ser usados como matéria-prima para a produção de tecidos. Estes
tecidos, por sua vez, podem ser feitos segundo diversos padrões e tramas
diferentes.
1.1.1 Fibra de carbono
A fibra de carbono é sem dúvida a mais famosa e a mais cobiçada. De
coloração grafite escura, uma das suas propriedades mais negativas, no
entanto, é seu alto custo. O metro quadrado de um tecido “plain” de fibra de
carbono de qualidade aeroespacial pode custar mais de €170, o que
frequentemente limita seu emprego a componentes de extrema solicitação
mecânica. Além disso, as fibras de carbono são produzidas segundo
especificações diversas, sendo que somente as mais resistentes (e caras) têm
propriedades adequadas ao uso aeroespacial.
A sua principal vantagem é, a altíssima resistência às solicitações de
tensão, podendo superar em mais de 5 vezes (proporcionalmente ao peso) a
resistência do melhor aço. Em outros termos, se um cabo de aço que pesa 1 kg
pode suportar um peso de 1 tonelada, um feixe de fibra de carbono com uma
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quantidade de filamentos tal que o feixe também pese 1 kg, poderá suportar
até 5 toneladas.
No entanto, apesar disso, a fibra de carbono possui algumas
desvantagens em relação às outras fibras e aos metais em especial. O seu
módulo de elasticidade é muito pequeno. Em outros termos, ao pendurar 1
tonelada em um cabo de aço, o cabo de aço esticará um pouco. Solicitando da
fibra de carbono o mesmo trabalho, esta esticará bem menos. Assim se
queremos que haja um pouco de flexibilidade (por exemplo, para que uma asa
possa absorver rajadas de vento verticais), então a extensão do uso da fibra de
carbono em sua estrutura deve ser bem planeada.
Além disso, componentes feitos em fibra de carbono são frágeis em
qualquer tipo de solicitação que não seja o de tensão. O que, mais uma vez,
limita significativamente o seu uso.
Fig.2 - Manta de fibra de Carbono.
1.2 A matriz
A matriz é o material no qual as fibras são “mergulhadas”. As matrizes
podem ser subdivididas em 3 grandes grupos. O primeiro e mais comum é o
das resinas termoendurantes, o segundo são os termoplásticos e, por fim, as
matrizes metálicas. Cada grupo tem propriedades típicas distintas que
apresentam vantagens e desvantagens.
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Entre as matrizes termoendurantes, as mais comuns são as resinas
poliéster e as resinas epoxy. São fornecidas em duas partes: a resina
propriamente dita, e o endurecedor ou catalisador. A reação entre os dois
provoca uma cascata de reações químicas que, com o aumento na
temperatura da resina, leva a seu endurecimento e cristalização.
O processo não é reversível, no sentido de que, aumentando novamente
a temperatura do material endurecido, não se obtém um líquido que pode
novamente ser endurecido, como é o caso com os termoplásticos. Esses
últimos por sua vez são mais ou menos o mesmo material do qual são feitos o
painel do seu carro, ou uma infinidade de cadeiras e mesas em bares
espalhados pelo mundo.
É o bom e velho plástico, que sob alta temperatura derrete e se torna um
líquido de baixa viscosidade que pode novamente ser moldado em outra forma,
sem perder suas propriedades. As resinas termoendurentes normalmente são
mais duras e frágeis, ao passo que os termoplásticos são mais flexíveis e
resistentes, embora mais pesados.
1.2.1 Resinas epoxy
As resinas epoxy são de tipo termoendurante, e têm propriedades
mecânicas muito interessantes, passam por um processo químico no processo
de endurecimento e, apesar de não deixarem de ser tóxicas até certo grau, são
significativamente mais toleráveis que as resinas poliéster. E bem mais caras
também.
A mistura entre a resina e o catalizador deve ser feita segundo uma
medida precisa. Diferentemente das resinas poliéster, a função do endurecedor
não é simplesmente a de acelerar um processo que já ocorre na resina
naturalmente, mas as moléculas que o compõem ligam-se às moléculas da
resina, e por isso a mistura deve ser precisa, para que não “sobrem” muitas
moléculas e assim se prejudique a qualidade do material obtido.
O processo de cura, isto é, o endurecimento, também pode se dar de
duas formas, dependendo do processo de fabricação e/ou das especificações
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próprias da resina epoxy utilizada. Pode ocorrer sob temperatura ambiente, ou
então em uma estufa ou forno.
Na grande maioria das composições epoxy, o próprio processo químico
de ligação entre as moléculas do endurecedor com as da resina leva ao
aumento de temperatura que culmina com a cura ou endurecimento do
material. Em outros casos, esse aumento de temperatura deve ser fornecido de
fora, para que as reações químicas em questão aconteçam. A escolha do tipo
de material e do processo a ser usado cabe ao fabricante do componente, que
deverá decidir segundo critérios económicos e de produtibilidade.
1.3 Métodos de produção
Assim como são vários os materiais e as combinações possíveis entre
eles, são vários os métodos de fabricação possíveis para cada componente, e
provavelmente esse é o item mais delicado no que diz respeito à certificação
de um componente feito com materiais compostos.
O processo elementar consiste em banhar as fibras com a matriz,
segundo uma determinada proporção. A matriz infiltra-se entre os filamentos,
colando-os e mantendo-os no lugar, determinando assim a forma da peça
enquanto as fibras determinam sua resistência. Entre os métodos mais
utilizados estão: a laminação manual, a laminação a vácuo, a injecção ou
métodos automatizados.
1.4 Laminação manual
A laminação manual é sem dúvida o mais comum e difundido método de
fabricação de componentes em materiais compostos. No entanto, exceto no
caso da aviação experimental é muito pouco usado na indústria aeroespacial.
Consiste basicamente em banhar as fibras com a matriz sobre um molde,
camada por camada, retirando o excesso de resina com uma espátula e um
rolo, que ajuda também a evitar a formação de bolhas de ar que prejudicam
significativamente as propriedades mecânicas de um determinado componente.
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Com um pouco de experiência, se pode obter peças de qualidade razoável,
curadas numa autoclave ou num forno, ou ainda à temperatura ambiente.
1.5 Laminação a vácuo
Também conhecido com a expressão em inglês “vacuum bagging“, a
laminação a vácuo é um refinamento, um aprimoramento do processo de
laminação manual. Tudo acontece como em uma laminação manual normal.
No entanto, a peça a ser produzida é selada dentro de uma bolsa plástica que
por sua vez é conectada através de tubos, mangueiras e válvulas, a uma
bomba de vácuo.
Uma vez acionado o vácuo, o ar é retirado de dentro da bolsa dentro da
qual está contido o laminado, criando uma pressão no interior maior que a
pressão atmosférica normal. Isso ajuda a compactar a peça, minimizar as
bolhas de ar e, através de filmes absorventes, remover o excesso de resina.
A cura pode ser feita em temperatura ambiente ou num forno /autoclave.
O resultado final são peças de muito boa qualidade. A laminação a vácuo é
amplamente usada pela indústria aeronáutica, no caso da produção de
aeronaves experimentais e ultraleves, mas também no caso de componentes
menos solicitados na grande indústria. Combinada com uma cura em autoclave
é possível obter componentes de altíssima qualidade.
1.6 Cura e autoclave
A cura é o processo, geralmente associado às resinas termoendurentes,
de solidificação da peça. No entanto, em geral, vale também para os outros
tipos de matrizes.
Uma cura à temperatura ambiente quer dizer que após algum tipo de
laminação, a peça é deixada ao ar, enquanto as reações químicas ou o
arrefecimento da matriz ocorre. O tempo de cura varia de acordo com o tipo de
matriz utilizado (alguns minutos para as resinas poliéster, até alguns dias para
as resinas epoxy).
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A cura a alta temperatura, pode ser opcional ou necessária (para
alguns tipos de resina) e ocorre quando usamos um forno, estufa, ou
preferencialmente uma autoclave.
No caso do forno ou da estufa, a peça laminada (manualmente ou a
vácuo), é colocada dentro de um forno onde um cuidadoso controlo da
temperatura permite a otimização da cura, produzindo peças que tenham uma
melhor resistência a temperaturas mais elevadas.
A autoclave é, no entanto, o que há de mais sofisticado. O equipamento
em questão combina pressão e alta temperatura. Assim como no forno, a peça
é submetida a uma temperatura elevada durante a cura para otimizar sua
resistência às temperaturas mais elevadas, mas ao mesmo tempo é submetida
a uma pressão externa maior que a pressão ambiente (e bem maior que a
pressão a vácuo e mais bem distribuída que a pressão mecânica de um
molde), o que permite uma melhor compactação dos laminados.
Dificilmente, na grande indústria, se produzirão componentes em
materiais compostos de alta solicitação que não sejam curados em numa
autoclave.
Convém lembrar ainda que, seja qual for o método, é essencial o
controlo da humidade do ar e da temperatura ambiente, pois esses fatores
interferem diretamente no processo de cura. No primeiro caso, a absorção de
humidade por parte de um laminado (seja ele produzido como for), prejudica
significativamente a qualidade do produto final. No segundo caso, a
temperatura ambiente está diretamente relacionada com o tempo de cura,
quando a cura é feita em temperatura ambiente, mas também e principalmente
ao tempo útil de trabalho da resina.
Por outras palavras, qualquer que seja a resina termoendurente, o
tempo em que ela manterá uma viscosidade compatível com o trabalho de
laminação antes que se comece a tornar demasiado viscosa é determinado
pela composição química dos reagentes, e também pela temperatura do
ambiente em que o processo de fabricação ocorre. Em geral, quanto maior a
temperatura, menor será o tempo útil de trabalho.
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Fig.3 - Autoclave no IEFP de Évora.
1.7 Prepegs
Prepeg é uma abreviação para “pré impregnados” e refere-se a tecidos,
geralmente de fibra de carbono, que são fornecidos pelo fabricante já
impregnados de resina termoendurente, normalmente de tipo epoxy.
Ao manter-se o material sob condições de baixa temperatura
(literalmente abaixo de zero), este tem um tempo de vida útil relativamente alto
(algo em torno de 15 dias). Ao serem expostos a altas temperaturas, ocorre o
processo de cura e endurecimento.
Fig.4 - Prepeg de fibra de
carbono.
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Custam muito mais caro que os tecidos de fibra secos, inclusive pelas
necessidades especiais de transporte e armazenamento. No entanto, a pré-
impregnação “de fábrica” garante uma proporção ótima entre as fibras e a
matriz, proporcionando assim uma maior eficiência na relação entre o peso e a
resistência, e são bem mais práticas, por eliminar o trabalho de impregnação.
Geralmente os prepregs são a solução adotada pela indústria aeronáutica e
aeroespacial.
1.7.1 Filme desmoldante
Este consiste numa manta plástica
perfurada e o seu objetivo principal é segurar
a resina no laminado, quando a pressão do
vácuo é usada em sistemas de resinas de
cura lenta ou laminados finos. Estas
películas perfuradas estão disponíveis numa
grande variedade de tamanhos de orifícios e
padrões, dependendo a sua escolha, da
pressão de aperto, da temperatura de cura
da resina e/ou viscosidade.
1.7.2 Tecido de drenagem
O tecido de drenagem
permite que o ar de todas as
partes do saco possa ser atraído
para uma porta ou válvula,
proporcionando um espaço de ar
ligeiro entre o saco e o laminado
bem como um meio de absorção
de excesso de resina.
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1.7.3 Saco de vácuo
O saco de vácuo, na maioria dos
casos, é dividido ao meio, formando um
género de uma bolsa estanque em torno
do laminado. O plástico transparente é
preferível a um material opaco para
permitir um controlo mais fácil do laminado
enquanto cura. O saco de vácuo deve ser
3 a 4 vezes maior que o molde para
permitir que este adira em toda a
profundidade do molde. Para selar o
ensacamento deve ser utilizado o mástique.
1.7.4 Selante Mástique
O Mástique é uma fita adesiva
usada para fornecer uma vedação
hermética contínua entre o saco e o
molde e em torno do seu perímetro. O
mástique pode também ser utilizado
para vedar o ponto onde a válvula
entra no saco e reparar vazamentos
no ensacamento.
Geralmente, quanto melhor for a
vedação hermética do saco, menor será o valor de pressão de vácuo a
bombear. Más selagens, ou material que permita fugas de ar, vai exigir uma
maior capacidade da bomba para manter a pressão de vácuo satisfatória.
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1.8 Maquinação/reparação de compósitos
Os processos de maquinação/reparação incluem o corte de contorno, a
furação, o escariamento, operações de acabamento (rebarbação e lixagem),
etc.
A maquinação de compósitos é muito diferente da maquinação de
metais, e para cada tipo de compósito é usado um processo diferente. A
furação por exemplo é particularmente difícil porque o material pode lascar ou
até mesmo dividir-se em camadas separadas na entrada e saída do furo
(delaminação).
1.8.1 Cuidados a ter durante a maquinação/reparação de compósitos
Os compósitos são maquináveis, apenas dentro de um limite de
temperatura;
A baixa condutividade térmica do material favorece o acumular de resina na
área de corte durante a maquinação;
Furos em materiais abrasivos vidro/carbono apresentam-se frequentemente
maiores que a broca usada.
O alto coeficiente de expansão térmica de alguns materiais torna difícil
controlar a precisão;
O uso de líquidos de refrigeração inadequado acarreta mudanças das
propriedades físicas do material não permitindo colagem posterior daquela
peça;
Variações do material devido a método de fabrico;
a) Conteúdo de resina, tipo de resina;
b) Dureza dentro dos limites aceitáveis;
c) Compactação determinada pela pressão e processo de fabrico durante a
cura da peça.
As características de maquinação dos compósitos variam de peça para
peça, sendo assim, ter conhecimento de como o material se comporta
durante a maquinação é da maior importância no fabrico, no reparo ou na
montagem de componentes.
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A maquinação de fibra de vidro e carbono pode ser realizada com
ferramentas convencionais, mas existe o problema da abrasividade, que
causa redução na qualidade do corte e da vida útil da ferramenta. Esse
problema é resolvido com o uso de ferramentas especiais, como brocas de
metal duro, serras e discos diamantados. Além disso, o corte sem as
ferramentas apropriadas acaba fraturando as extremidades das fibras com
a extremidade de corte da ferramenta.
A velocidade e o avanço das ferramentas de corte são fatores importantes
que ajudam a evitar danos nas camadas das peças. Um apoio firme
também é necessário para que se evitem interrupções entre as camadas.
O corte deve ser sempre limpo, pois a poeira e as aparas funcionam como
abrasivos, causando delaminações e danos ao furo.
As características dos materiais unidirecionais são basicamente as mesmas
dos tecidos do mesmo tipo. Esses materiais são suscetíveis a delaminações
nos pontos de entrada e saída dos cortes.
Avanço e velocidade de furação inadequadas podem provocar
delaminações, que, devido a orientação das fibras, propagam-se
violentamente, enquanto o uso incorreto das ferramentas causa o
puxamento das fibras.
A maquinação destes materiais surge da necessidade de efetuar
montagens de diversas peças num conjunto – na qual também se pode
recorrer à colagem – ou pela necessidade de cumprimento de tolerâncias
apertadas. A maquinação de materiais compósitos é complexa devido à sua
heterogeneidade, registando-se diferentes comportamentos do mesmo material
apenas devido à distribuição e orientação das fibras, sensibilidade ao calor e
ao facto de os reforços serem extremamente abrasivos. Os métodos mais
tradicionais de maquinação, embora possam ser utilizados, devem ser
adaptados de forma a reduzir a criação de danos por meios térmicos ou
mecânicos.
1.9 Teoria vs. Trabalho prático
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Relativamente á teoria apresentada neste trabalho, apenas se foca os
conceitos inerentes à produção da peça sobre a qual incidiram os trabalhos
práticos. Os materiais compósitos são cada vez mais utilizados na indústria, e
por isso mesmo estes abrangem um número cada vez maior e diversificado.
Assim falar sobre todos eles ficaria um pouco fora de contexto, visto que as
peças em questão foram feitas apenas com prepegs de carbono. Foi feita
posteriormente uma laminação a vácuo e o molde foi ao forno (em vez da
autoclave).
2. Caracterização do material utilizado
Para o processo de laminação foi utilizado o seguinte molde em Aço:
115
71
70
R10
30
R10
25,5
9,5
12
5
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Os seguintes materiais foram utilizados durante todo o processo de
laminação e acabamento:
a. Pré-impregnado de fibra de carbono (referência na figura em baixo).
b. Manta de fibra de carbono multidirecional
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c. Desmoldante Airtech Safelease #30 Release-all
d. Resina Epóxi SR 1500; Catalisador SD 2505 e MEC (Metil-Etil-Cetona)
e. Filme desmoldante WL3900 R/B Temp. máx. 157ºC
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f. Tecido de drenagem
g. Saco de vácuo WLS400
h. Mástique General Sealents Inc. i. fita-cola térmica Airtech Flashbreaker
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3. Caracterização do equipamento utilizado no processo de
laminação a vácuo
a. Central Vacuum system Compact
b. Estufa electrica termovent
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c. Válvula de vácuo
e. Tesoura
3.1 Caracterização do equipamento utilizado no processo de
maquinação/reparação
a. Módulo de aspiração central Plymovent® Multi dust BANK
d. Mangueira para Vácuo Airtech Econoflow 59R
f. Chizato
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b. Mini-Berbequim Pneumático
c. Retificadora angular
d. Suporte fixador ROLOC
e. Discos para Lixadora/retificadora
Dotco ©
NO: 14CFS95-38
1000 1/min (6.1 bar) NO: 14CFS95-38
Shinano INC ©
SI-206S
18000 RPM
90 PSIs 6.2 bar max. NO: 14CFS95-38
MERIT ®
Holder TY3 R/O 2" MED
30.000 RPM MAX
NO: 14CFS95-38
3M ®
Discos Roloc 22403 e 22401
∅50,8mm
P120 e P80
NO: 14CFS95-38
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f. Folhas abrasivas
g. Pincel super 8
4. Caracterização do equipamento de segurança utilizado
a. Bata
Indasa ®
P120, P220, P400
NO: 14CFS95-38
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b. Luvas de latex
c. Óculos de proteção Lux Optical
5. Procedimento Experimental
1. A primeira tarefa a executar, é similar para todos os moldes e consiste na
sua limpeza com cetona ou MEC. No caso do molde ter ferrugem ou um
mau acabamento lixar com uma folha abrasiva com um grão intermédio
(P220 e/ou P440), para eliminar contaminantes, diminuir a rugosidade e
proporcionar à superfície um melhor acabamento.
e. Auriculares Nemo TU-200 C
d. Máscara SOP AIR 23306 FFP3D
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Fig.46,47,78 e 49 - Pontos a limpar/lixar .
Fig.50 e 51 - Molde pronto para a laminação.
2. O segundo passo é a aplicação do desmoldante com um pano, sendo que
é aplicada uma primeira camada no sentido vertical do molde, uma segunda
camada no sentido horizontal, e para finalizar uma última camada
verticalmente. Entre cada uma das aplicações faz-se um período de espera
de 30 minutos, para que o desmoldante adira melhor à superfície,
facilitando posteriormente o desmoldar da peça. É vital para a
desmoldagem da peça, uma boa aplicação do desmoldante, não só na
parte do molde a ser utilizada, como também nos bordos do molde onde
assenta o excesso dos Pre-pegs.
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Fig.5 - Orientação da aplicação do desmoldante. 1ª Camada no sentido vertical do molde
, 2ª camada do sentido horizontal , e 3ª camada novamente no sentido vertical .
3. Depois do desmoldante aplicado e do período de espera, cortar retalhos do
prepeg com as dimensões desejadas (usar molde se necessário).
4. Aplicar a fibra de carbono a 0º, sendo que o retalho a aplicar é cortado
inteiro, e aplicado com a ajuda do dente ou do rolo. Ter especial atenção
aos cantos, e às possíveis bolsas de ar que se formam com frequência nas
zonas de pior acesso e de maior dificuldade. Nos casos em que a manta
não encosta às paredes do molde devido aos sucessivos ângulos a que é
sujeita, fazer um ligeiro corte e fazer uma junção topo a topo, ou fazer uma
sobreposição nunca superior a 10/20 mm. Retirar a película Verde.
Fig.53 e 54 - Exemplo de sobreposição com pequeno corte na manta.
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Fig.55 - Drapagem, cortes e sobreposições na manta, para melhor acabamento.
5. Drapar uma segunda camada de fibra de
carbono a 45º, sendo que esta deve ser
dividida em vários bocados com as
dimensões de todos os lados da peça. Estes
devem ser cortados no sentido 45º do rolo.
6. Drapar a última camada de fibra de carbono a 0º, sendo que esta deve ser
cortada previamente por inteiro no rolo, e eliminar o excesso de fibras com
um/a chizato/tesoura, para melhor acabamento. Retirar pelicula verde.
1ª
3ª
2ª
1ª
Fig. 56 - Ordem das Mantas e orientação
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Fig.57 - Aspeto geral da drapagem do molde.
Um dos processos mais delicados é a preparação do ensacamento.
Neste sentido é essencial a concentração e delicadeza dos operadores.
6. Cortar o filme desmoldante consoante o tamanho do molde, e colocá-lo
sobre a peça, nunca esquecendo os ângulos aos quais o filme terá de
aderir, para um melhor acabamento. Usar a fita azul, para colar o filme ao
molde, não permitindo o contacto entre as fibras e o tecido de drenagem.
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7. Cortar o tecido de drenagem e cobrir toda a peça
com ele, não esquecendo também os sítios mais
complicados onde este terá de assentar. Usar fita
azul, para segurar as pontas, e assim deixar o
molde devidamente “embrulhado”.
8. Cortar um pouco de tecido de drenagem, para
fazer um apoio para a válvula de vácuo, e
colocá-lo no sítio mais apropriado do molde.
Colá-lo com fita azul ao “embrulho” previamente
feito.
9. Cortar o saco para o ensacamento, tendo sempre em mente, que este terá
de aderir a todos os cantos do molde. Assim, cortar cerca do triplo ou mais,
do equivalente ao tamanho do molde.
10. Colocar o mástique a cerca de 15 mm do bordo do saco, e deslocá-lo
suavemente ao longo do bordo. O facto de este ser um processo decisivo
para o ensacamento, faz com que este deva ser executado com a maior
perícia, com o objetivo de evitar entradas de ar no ensacamento. O
mástique (a amarelo) apenas deve ser colocado em metade do saco, para
que ao vira-lo seja possível fechá-lo com menos mástique possível. Fechar
o saco começando pelo centro (a vermelho).
Fig.58 - Preparação do saco de vácuo, e colocação de mástique.
Mo
lde
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11. Depois de feito o ensacamento, fazer uma pequena incisão junto da base
da válvula, coloca-la e virá-la para fechar. Colocar mástique entre a válvula
e o saco, para eliminar possíveis fugas nesta área. Colocar a mangueira de
vácuo e ligar a torneira que permite a saída de ar do saco. Em caso de
fugas, esticar o mástique sobre o saco, na tentativa de remendar esta área,
e em ultimo caso, colocar de novo mástique.
Fig.59 e 60 - Ensacamento em vácuo do molde.
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12. Em caso de não haver fugas, a peça está pronta para ir ao forno/estufa.
Colocar a peça dentro do forno e ligar a mangueira de vácuo.
13. Ligar o forno a 125 °C, e deixar a peça curar entre 40 a 50 minutos
(começar a cronometrar apenas quando a temperatura atingir os 125ºC.
Fig.62 - Gráfico tempo/temperatura.
14. Deixar a peça arrefecer dentro do forno abrindo a porta quando a
temperatura atingir os 40ºC.
15. Depois de curada, a peça deve ser desensacada e desmoldada com a
ajuda de uma espátula ou mesmo com o chizato.
125 °C
45 Min
T (°C)
t (min)
Patamar de cura 45 min a 125 °C
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16. Após este processo, observar e analisar quais os pontos críticos da peça,
onde é necessário intervir, e qual o melhor meio para o fazer. A este novo
processo dá-se o nome de maquinação/reparação.
Interior
Exterior
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17. Consoante o acabamento inicial com que a peça ficou, escolher uma folha
abrasiva com um grão adequado, e lixar a peça para que esta fique com um
acabamento mais limpo e polido.
18. Para fazer a resina a aplicar na reparação da peça, juntar a Resina Epóxi
SR1500 e o Catalisador SD2505 na proporção de 3 para 1, ou seja,
independentemente da quantidade de resina que se quer fazer, a
quantidade de catalisador SD2505 deve ser sempre 1/3 da quantidade de
resina epoxy SR1500;
19. Misturar bem os dois componentes. O pincel não deve conter muita resina,
sob pena de deixar a peça com muitas imperfeições depois de esta
polimerizar;
20. Cobrir todas as imperfeições na peça com a resina previamente feita, tendo
especial atenção, para não a deixar acumulada nos cantos e na superfície
da peça. Falhas grandes necessitarão de ser reparadas com manta de
carbono.
A A
B
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21. Deixar a resina polimerizar durante umas horas;
22. Repetir o processo de retificação/maquinação para conferir à peça um
acabamento perfeito;
23. No caso de a peça não ficar conforme o desejado, retrabalhá-la repetindo o
processo de aplicação de resina e/ou manta de carbono, até que as falhas
desapareçam ou diminuam significativamente.
24. Depois de pronta a peça deve ser lixada com uma folha abrasiva com um
grão pequeno (ex:>800P), para conferir um acabamento superficial ligeiro e
uniforme;
25. Limpar a peça.
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Fig.74,75,76 e 77 - Aspeto final da peça produzida.
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6. Análise e discussão de resultados
Foi possível constatar que devido às dimensões reduzidas do molde, a
drapagem com o retalho inteiro foi mais fácil e menos demorada, do que
com vários retalhos. O acabamento também ele é melhor se a peça for
drapada por inteiro.
A 2ª camada foi propositadamente aplicada com vários bocados
previamente cortados do rolo, para se poder perceber as diferenças entre a
aplicação de uma e de outra maneira.
A drapagem nos cantos e ângulos apertados, é complicada e complexa,
devido sobretudo à rigidez das fibras. Foi sobretudo na drapagem destes
que os problemas surgiram, ficando as fibras em alguns casos empoladas.
Nos cantos a 90º a fibra não encosta totalmente deixando a peça marcada.
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A peça ficou durante cerca de 24 horas apenas com uma camada laminada,
e sem pré vácuo devido a uma avaria na bomba, o que poderá ter originado
algum defeito.
Foi comprovado por vários ensaios que o desmoldar de peças feitas em
moldes de alumínio e aço tem diferenças substanciais. Neste caso
particular, o mau acabamento do molde bem como a sua composição (aço),
dificultaram o processo de desmoldagem. Neste processo foi inclusive
necessário partir as partes laterais da peça para que esta saísse do molde,
o que não se verificou em moldes de alumínio.
A aplicação do filme desmoldante deve ser um processo delicado, pois dele
depende em muito o acabamento do lado exterior do molde. Deixar este
enrugado, torna possível à resina fixar-se nestas áreas e dar um mau
acabamento.
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A não realização do patamar de gel impede a resina de se distribuir
uniformemente por toda a peça, deixando a superfície com pequenos
buracos sem resina.
A cura em estufa deixa um acabamento superficial na peça bastante pior
que o acabamento verificado pela autoclave. A autoclave (ao contrario do
forno/estufa) para além de calor exerce pressão sobre a peça, o que
influencia diretamente e visivelmente no acabamento.
A resina deve ser feita com as quantidades exatas, sob pena de a deixar
liquida demais ou com espuma.
Não se deve molhar muito o pincel na resina, pois esta em excesso escorre
pela peça deixando a peça com relevos indesejados.
Os pedaços de manta de carbono a aplicar na reparação não devem ser
demasiadamente pequenos, devido sobretudo ao facto de as fibras se
separarem umas das outras.
Devido aos buracos existentes nos cantos, foram feitas algumas tentativas
de reparação, infrutíferas.
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Conclusão
Os compósitos são materiais extremamente dinâmicos, em parte devido
ao seu baixo peso e alta resistência, perdendo alguns pontos quando se fala de
preço. Visto que 100 metros de pre-peg de carbono custam perto de 5000
euros, as peças a realizar não poderiam ser muito grandes, para não se
desperdiçar material. Assim e com as condições disponíveis, foi-nos pedido
que fizéssemos uma peça sobre um molde previamente definido.
Em termos visuais a peça ficou bastante boa, ainda que nos cantos
tenham ficado pequenos buracos sem fibras ou resina.
Embora os resultados não tenham sido os melhores, a peça obtida ficou
bem acima das expectativas, considerando que a mesma foi curada em estufa
e não em autoclave. É também inevitável falar das 24 horas em que a peça
permaneceu ao ar, sem estar em vácuo.
Outro dos fatores a ter em conta foi ainda alguma inexperiência na
drapagem, bem como na reparação da peça acabada o que provocou
pequenos relevos na superfície da peça.
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Bibliografia
Toda a informação relativa à introdução teórica foi retirada e resumida
de alguns documentos recebidos no módulo Noções sobre tecnologia dos
materiais aeronáuticos.
Todas as imagens e fotografias presentes neste trabalho têm autoria de
Fernando Oliveira.
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