ESTUDO DA MICROMECÂNICA EM COMPÓSITOS DE FIBRA DE VIDRO EM MATRIZ POLIÉSTER

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO 
UNIDADE DE CABO DE SANTO AGOSTINHO 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DE ATIVIDADES DA DISCIPLINA DE MATERIAIS COMPÓSITOS 
 
 
 
 
 
ESTUDO DA MICROMECÂNICA EM COMPÓSITOS DE FIBRA DE VIDRO EM 
MATRIZ POLIÉSTER 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CABO DE SANTO AGOSTINHO - PE 
JULHO – 2021 
 
 
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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO 
UNIDADE DE CABO DE SANTO AGOSTINHO 
 
 
 
 
 
 
 
 
ESTUDO DA MICROMECÂNICA EM COMPÓSITOS DE FIBRA DE VIDRO EM 
MATRIZ POLIÉSTER 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado à Unidade Acadêmica do Cabo de Santo 
Agostinho (UACSA), da Universidade Federal Rural de 
Pernambuco (UFRPE), em cumprimento às exigências da 
disciplina Materiais Compósitos, ministrada pela Prof. Dr. 
Marcos Ghislandi, para 2ª V. A. 
Aluno: Jéssica Micaelli Mendes da Silva 
Professor: Marcos Ghislandi 
 
 
 
 
CABO DE SANTO AGOSTINHO – PE 
JULHO – 2021 
 
 
 
 
3 
 
RESUMO 
 
Os materiais compósitos são uma das mais importantes descobertas para engenharia 
e ciências dos materiais, visto que, utiliza as melhores propriedades de dois ou mais 
materiais. Neste estudo buscou-se determinar a influência da orientação do ângulo de 
fibra na resistência a ruptura, modulo de elasticidade e alongamento máximo do 
compósito laminado. O compósito analisado é constituído de um tecido de fibra de 
vidro unidirecional com resina poliéster. O compósito foi fabricado por processo de 
laminação manual e curado a temperatura ambiente sob pressão por 8 horas. Para o 
ensaio de tração os corpos de prova foram construídos segundo a norma ASTM 
D3039, sendo no total 25 exemplares distribuídos nas direções de 0°, 30°, 45°, 60° e 
90°, em relação a carga aplicada pela máquina de ensaio. Os resultados mostraram 
uma grande influência da orientação do ângulo de fibra na resistência mecânica. O 
ensaio de tração mostrou que na orientação a 0 º a resistência a ruptura média foi de 
437.05 MPa, enquanto a 90 º o valor obtido foi de apenas 3.53 Mpa. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Compósitos, Fibra de vidro, Poliéster, Ensaio de tração 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 4 
2. OBJETIVO ..................................................................................................................... 5 
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................................................... 5 
3.1. Materiais Compósitos .............................................................................................. 6 
3.1.1. Compósitos com matriz polimérica ................................................................... 7 
3.1.1.1. Compósito com matriz poliéster .................................................................... 8 
3.1.2. Reforço ................................................................................................................ 9 
3.1.2.1. Fibra de vidro .............................................................................................. 10 
3.2. Laminados ............................................................................................................. 12 
3.3. Laminação Manual ................................................................................................ 12 
3.4. Análise mecânica básica das lâminas.................................................................... 14 
4. METODOLOGIA .......................................................................................................... 17 
4.1. Materiais ................................................................................................................ 17 
4.2. Método de fabricação ............................................................................................ 19 
4.3. Ensaios dos compósitos ........................................................................................ 22 
4.3.1. Ensaio de tração ............................................................................................. 22 
4.3.2. Determinação de fração volumétrica de fibra .................................................. 23 
4.3.3. Densidade geométrica .................................................................................... 24 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................. 25 
5.1. Propriedades físicas .............................................................................................. 25 
5.1.1. Dimensões do corpo de prova ........................................................................ 25 
5.1.2. Fração volumétrica ......................................................................................... 26 
5.1.3. Densidade volumétrica ................................................................................... 27 
5.2. Propriedades Mecânicas ....................................................................................... 28 
5.2.1. Ensaio de tração ............................................................................................. 28 
6. CONCLUSÕES ............................................................................................................ 33 
7. REFERÊNCIAS ........................................................................................................... 33 
 
 
2 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1. Reação química do poliéster insaturado. ..................................................... 9 
Figura 2. Estrutura químicas de ácidos: A) Estrutura molecular ácido isoftálico; B) 
Estrutura molecular ácido ortoftálico; C) Estrutura molecular ácido tereftálico D) 
Estrutura molecular do bisfenol A. ............................................................................... 9 
Figura 3. Processo de fabricação manual de um compósito laminado. .................... 14 
Figura 4. Representação de uma lâmina unidirecional. ............................................ 16 
Figura 5. Desenho representativo de uma lâmina. .................................................... 17 
Figura 6. a) Placa de 300 x 300 mm de compósito laminado fibra de vidro/resina 
poliéster; b) Tecido de fibra de vidro unidirecional VEW 130 e c) Trama do tecido. . 18 
Figura 7. Molde para processo de fabricação manual composto por placa de aço, placa 
de de aço, placa de vidro e esbarros. ....................................................................... 19 
Figura 8. Processo de cura sob pressão. .................................................................. 20 
Figura 9. Processo de fabricação manual. ................................................................ 20 
Figura 10. Fluxograma das etapas de fabricação de um compósito laminado por 
método manual. ......................................................................................................... 21 
Figura 11. Arranjo do modelo de extração de corpos de prova no angulo correto. ... 21 
Figura 12.Corpos de prova após extração. ............................................................... 22 
Figura 13. Máquina de tração.................................................................................... 23 
Figura 14. Peso da amostra do tecido de fibra de vidro ............................................ 26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1. Propriedades de matrizes poliméricas. ........................................................ 8 
Tabela 2. Propriedades das principais fibras............................................................. 10 
Tabela 3. Dimensões sugeridas para construção dos corpos de prova. ................... 23 
Tabela 4. Inferências estatísticas das medidas referentes a largura em milímetro (mm).
 .................................................................................................................................. 25 
Tabela 5. -Inferências estatísticas das medidas referentes a espessura em milímetro 
(mm). ......................................................................................................................... 26 
Tabela 6. Peso das fibras contidas em cada corpo de prova em gramas (g). ........... 27 
Tabela 7. Fração volumétrica de fibras de cada corpo de prova. .............................. 27 
Tabela 8. Peso de cada corpo de prova, em gramas (g). ......................................... 28 
Tabela 9. Densidade volumétrica de cada corpo de prova, em g/cm. ....................... 28 
Tabela 10. Dados obtidos no ensaio de tração para a orientação de fibra a 0º. ....... 29 
Tabela 11. Dados obtidos no ensaio de tração para a orientação de fibra a 45º. ..... 31 
Tabela 12. - Dados obtidos no ensaio de tração para a orientação de fibra a 90º. ... 32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Avanços tecnológicos se relacionam diretamente com o desenvolvimento 
crescente de novos materiais. Neste contexto, materiais compósitos surgem para 
suprir uma lacuna existente quando apenas materiais tradicionais (metais, cerâmicos 
e polímeros) são considerados. Isto porque ao combinar dois materiais distintos, 
produz-se um terceiro, que apresenta novas propriedades. Assim, materiais de alta 
performance são projetados, através da manipulação entre constituintes possíveis e 
da otimização do arranjo em que estes constituintes se dispõem (GALLI, 2016). 
Normalmente, esses novos materiais apresentam elevados valores de resistência 
e rigidez, assim, a busca por materiais compósitos é crescente, principalmente os que 
são constituídos por polímeros termofixos e reforços fibrosos. Ao comparar os 
compósitos de matriz polimérica com os metais, eles demonstram resistência ao 
ataque químico, não são magnéticos, são não condutores e apresentam uma 
excepcional relação resistência/peso e uma expressiva redução de peso 
(MARINUCCI, 2011). 
Por causa dessas características, a tecnologia de compósitos de matriz polimérica 
reforçada com fibras sintéticas como vidro, aramida, carbono, entre outras, tem 
crescido especialmente com os avanços na aplicação na indústria aeroespacial desde 
os anos 50. Após o desafio da aplicação aeroespacial, o desenvolvimento dos 
materiais compósitos se deu através de aplicações na indústria em geral. Devido a 
leveza, a alta razão resistência/peso e a boa rigidez, esses materiais vêm substituindo 
gradualmente materiais convencionais como metais e madeira (MIR et al., 2010). 
Para que sejam utilizados cada vez mais em aplicações que requerem um alto 
desempenho mecânico, a metodologia de caracterização destes materiais deve ser 
amplamente estudada, visando determinar as condições de serviço seguras para um 
material compósito. Esta caracterização ganha ainda mais importância uma vez 
destacadas as particularidades destes materiais. As proporções de constituintes 
utilizadas interferem diretamente nas propriedades dos compósitos, bem como a 
gama de arranjos possíveis e o método de processamento escolhido (GALLI,2016). 
Na elaboração de um compósito polimérico, procura-se otimizar o aproveitamento 
das ótimas propriedades mecânicas dos reforços. A seleção desses reforços leva 
sempre em conta aspectos que variam desde o custo desses materiais até o 
5 
 
desempenho pretendido e a técnica de fabricação. Para escolher o tipo de carga que 
será utilizado, é necessário levar em consideração a aplicação sob a ação de 
determinados esforços, tais como esforços estáticos, dinâmicos ou até a combinação 
de ambos. Os compósitos precisam estar capacitados a desempenhar ações de 
acordo com as condições previstas ou estabelecidas em projetos, condições estas 
que são alcançadas pela capacidade do reforço, que confere à estrutura elevadas 
propriedades específicas de resistência e módulo de elasticidade na direção da fibra. 
(WIEBECK e HARADA, 2005). 
Fibras de vidro é uma das mais utilizados para a fabricação de materiais 
compósitos. Ela é obtida pelo processo de fundição do vidro, que após ser fundido, 
atravessa uma fieira, onde são produzidas as fibras. Após o processo de fiação, elas 
são recobertas com um material de encimagem. A fibra de vidro caracteriza-se pelo 
seu baixo custo, sua alta resistência à tração e a grande inércia química (NETO, 
2006). 
As propriedades dos materiais compósitos poliméricos dependem das 
propriedades dos seus materiais constituintes, resinas e fibras, e da interação entre 
estes elementos (KAW, 1997; JUVANDES, 1999). E para analisar essas 
propriedades, utiliza-se a micromecânica, que analisa o reforço e a matriz em um nível 
microscópio através da regra das misturas: direta e inversa. Dentro desse contexto, o 
objetivo deste trabalho é analisar as propriedades mecânicas do compósito 
unidirecional com matriz poliéster isoftálica reforçada com fibras de vidro e comparar 
os valores obtidos teoricamente através da regra das misturas. 
 
2. OBJETIVO 
 
Analisar as propriedades mecânicas do compósito unidirecional com matriz 
poliéster isoftálica reforçada com fibras de vidro e comparar os valores obtidos 
teoricamente através da regra das misturas. 
 
 
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
6 
 
3.1. Materiais Compósitos 
O surgimento de materiais compósitos, bem como as tecnologias de projeto e 
fabricação, é um dos avanços mais importantes na história dos materiais (KUTZ, 
2015). As propriedades dos compósitos são derivadas dos seus dois constituintes, a 
fase continua ou matriz, sendo esta responsável por transmitir os esforços para a outra 
fase, o reforço ou fase dispersa (VENTURA, 2009). Os materiais compósitos têm 
como características excelentes propriedades mecânicas e físicas, com destaque 
para relação de baixo peso especifico e alta resistência mecânica, ainda possui 
fabricação simples e com alta versatilidade para atender aos requisitos de projeto. No 
geral, os compósitos exibem grande resistência ao desgaste, corrosão e exposição a 
altas temperaturas. Essas características únicas fornecem ao engenheiro mecânico 
oportunidades de projeto impossíveis com os materiais monolíticos (não reforçados) 
(KUTZ, 2015). 
O material compósito tem a capacidade de unir a propriedade da matriz de 
absorver impactos, estabilizar e aglutinar, além de dar a forma geométrica desejada; 
e do reforço que colabora com a resistência mecânica, rigidez e propriedades de 
leveza. Muitos compósitos conseguem suportar grandes esforços combinados de 
tração, flexão e torção, além de processos corrosivos em ambientes agressivos 
(NETO; PARDINI, 2006). 
Porém, as propriedades desses tipos de materiais são influenciadas por um alto 
número de fatores e variáveis, o que torna mais complexo entender o comportamento 
mecânico dos mesmos, mas que permite mais possibilidades de ajustar as 
propriedades para se adequarem as desejadas. Devido a essa possibilidade de 
controle de propriedades, houve um crescente aumento das pesquisas relacionadas 
a classe de materiais compósitos nos últimos anos, com isso, foi possível viabilizar 
uma série de conquistas em setores como aeronáutica, automobilístico, construção 
civil, biomateriais, como em próteses e em equipamentos esportivos, como raquetes 
de tênis, esquis e bicicletas. Peças e equipamentos que foram criadas e0 aprimoradas 
com os recursos e vantagens dos materiais compósitos desenvolveram esses setores 
e a sociedade como um todo (MOREIRA, 2018). 
 
7 
 
3.1.1. Compósitos com matriz polimérica 
A matriz de um compósito consiste na parte contínua do material que tem como 
função transferir os esforços e impactos sofridos para o reforço além de protege-lo, 
contra danos por abrasão e condições ambientais. Ela é responsável também por dar 
forma e geometria ao material e é nela que o reforço é disperso (MOREIRA, 2018). A 
matriz deve possuir uma forte adesão com a superfície do reforço, para que sejapossível que ela deforme e transfira a carga entre as fibras. Algumas características 
finais do compósito são predominantemente da matriz, como resistência a 
compressão, resistência ao cisalhamento e temperatura (REZENDE e BOTELHO, 
2000). 
A maioria das matrizes utilizadas em compósitos é feita de polímeros 
termorrígidos, matrizes de materiais cerâmicos e metais são utilizadas em casos de 
aplicações em altas temperaturas (MOREIRA, 2018). Compósitos de matriz polimérica 
estão sendo aplicados em diversas áreas industriais, principalmente por possuírem 
propriedades mais favoráveis, como maior resistência, melhor desempenho de fadiga, 
resistência a corrosão, baixo consumo de energia durante a fabricação e alta rigidez 
(DANIEL; ISHAI, 2006). 
Os materiais mais comumente utilizados como matriz são as resinas 
poliméricas. Estas resinas podem ser classificadas como termorrígidas ou 
termoplásticas. Nas primeiras, existem ligações químicas primárias covalentes entre 
as cadeias poliméricas, as chamadas ligações cruzadas ou reticulações. Estas são 
formadas durante o processo de cura, no qual, com o aquecimento, estas ligações se 
formam de maneira irreversível. Ou seja, com o aumento da temperatura, o material 
se degradará ao invés de fundir. Já as resinas termoplásticas, não possuem tais 
reticulações. Com o aumento da temperatura, as ligações secundárias existentes 
entre as cadeias podem ser quebradas, possibilitando o amolecimento do material e 
a obtenção de uma nova conformação (CANEVAROLO, 2002). 
As resinas termorrígidas sofrem polimerização e formação de ligações 
cruzadas, fazendo com que o material se torne infusível, não reprocessável e na 
maioria dos casos insolúvel, além de manter sua rigidez em temperaturas altas. O 
aquecimento delas causa mudanças químicas e estruturais, que resultam na 
reticulação do polímero. Devido a essas características, elas podem apresentar 
8 
 
problemas de tensão, natureza quebradiça e falta de resistência à erosão (MOREIRA, 
2018). 
Entretanto, estas resinas são de baixo custo, tem resistência à umidade e raios 
ultravioletas, apresentam resistência a corrosão, além de fácil manuseio e 
processamento (GAMA, 2018). Os termofixos mais encontrados na indústria são 
epóxi, poliéster e resinas fenólicas. Elas resinas são fornecidas em estado líquido, 
porém após adição de catalisador ou acelerador, são transformadas para o estado 
sólido (ALVES, 2019). As propriedades das principais resinas termofixas são 
apresentadas na Tabela 1. 
 
Tabela 1. Propriedades de matrizes poliméricas. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
3.1.1.1. Compósito com matriz poliéster 
Os poliésteres insaturados são os polímeros mais amplamente utilizados na 
indústria, sua estrutura básica é composta por três componentes, a princípio por um 
ácido insaturado que possui pontos reativos com ligação dupla, em segundo plano por 
um glicol ou bi-álcool, que aumenta a cadeia polimérica, e, por último um ácido 
saturado que influencia o nível de espaçamento das moléculas entre os ácidos 
insaturados (NASSEH, 2007). A viscosidade do poliéster é função do estireno, para 
os termofixos é usado o monômero vinílico, que serve de solvente e agente de 
copolimerização no processo de cura (REIS, 2016). 
A resina de poliéster curado é representada por um poliéster insaturado dissolvido 
em um monômero de estireno, como demostrado na Figura 1. Pertencem à família do 
poliéster insaturado as resinas ortoftálicas, isoftalicas, bisfenólicas e tereftálicas, suas 
9 
 
respectivas estruturas moleculares são mostradas na Figura 2, sendo a resina 
ortoftálica a mais comum (ALVES, 2019). 
Figura 1. Reação química do poliéster insaturado. 
 
Fonte: Adaptado de SILAEX QUÍMICA LTDA. 
 
 
Figura 2. Estrutura químicas de ácidos: A) Estrutura molecular ácido isoftálico; B) Estrutura molecular 
ácido ortoftálico; C) Estrutura molecular ácido tereftálico D) Estrutura molecular do bisfenol A. 
 
Fonte: Adaptado de AKOVALI, 2015. 
As resinas ortoftálicas não apresentam bom desempenho em meios ácidos e 
alcalinos, nem na presença de solventes aromáticos e halogenados, no mais, ainda 
apresentam baixa resistência ao calor (PINTO, 2002). Contudo, quando devidamente 
formuladas, apresentam boas propriedades mecânicas (KEMERICH, 2013). As 
isoftálicas e as tereftalicas tem adequada resistência em ambientes úmidos e 
moderadamente agressivos, enquanto que as bisfenólicas possuem uma maior inércia 
química e suportam ambientes muito agressivos (IBEX, 2019). 
 
3.1.2. Reforço 
O segundo constituinte do compósito é o reforço. Estes são responsáveis por 
suportar a maior parte dos esforços aplicados ao compósito, geralmente possuem 
forma de fibras, partículas e tecidos (GAMA, 2018). As principais fibras sintéticas 
10 
 
utilizadas como reforços mecânicos são constituídas de fibra de carbono, fibra de vidro 
e aramida, tendo suas principais propriedades demostradas na Tabela 2 (ALVES, 
2019). Para que os reforços consigam ter utilidade é necessário que estejam bem 
aglutinados na matriz gerando assim uma boa interface (MOREIRA, 2018). 
 
Tabela 2. Propriedades das principais fibras. 
 
Fonte: Adaptado de KUTZ, 2015. 
 
A resistência e rigidez fornecida ao compósito podem sofrer alterações de acordos 
com parâmetros da fibra, tais como: tipo, tamanho, diâmetro, grau de concentração e 
disposição na matriz (ASKELAND, 2011). Estes componentes possuem disposições 
na matriz de várias maneiras, como fibras aleatoriamente distribuídas ou orientadas 
em uma direção de interesse, como particulados, ou ainda, como fibras descontínuas 
e fibras contínuas (VANDERLEI, 2016). 
Para que ocorra uma melhor transferência de carga mecânica entre matriz e 
reforço é importante que as fibras apresentem um comprimento igual à maior 
dimensão da amostra. Por isso, geralmente, as fibras continuas são as mais utilizadas 
(NOGUEIRA, 2004; BRITO JUNIOR, 2007). 
 
3.1.2.1. Fibra de vidro 
As fibras de vidro são conhecidas como um dos principais materiais de 
engenharia, com grande versatilidade dadas as propriedades diversas que possuem. 
Resultam da combinação de diferentes matérias-primas como areia, caulinita, pedra 
11 
 
caliça e colemanita a uma temperatura entre 1.500 e 1.600°C (WALLENBERGER; 
WATSON e HONG, 2001). Nessa temperatura o vidro fundido é formado e obrigado 
a passar através de orifícios com diâmetros micrométricos antes de um processo de 
resfriamento para produzir filamentos de fibra de vidro entre 5 e 24 micrometros de 
diâmetro (URIBE, 2017). 
Esses filamentos posteriormente são unidos em forma de fios unidirecionados 
e, dependendo da aplicação final, dispostos como tecidos com direções de trama e 
urdume preferenciais com uma densidade de ~2,55 g/cm3 (FU et al., 2000). 
Posteriormente, a superfície das fibras pode ser tratada com agentes químicos, 
processo conhecido como sizing, para melhorar a compatibilidade com as matrizes 
comerciais e para proteger as superfícies do desgaste abrasivo. Um tratamento 
utilizado como sizing consiste em incorporar aminosilanos na superfície da fibra de 
vidro e dessa maneira criar interfases com componentes hidrofílicas compatíveis à 
superfície da fibra, e extremos hidrofóbicos compatíveis com as unidades epoxídicas 
da matriz (KARGER-KOCSIS; MAHMOOD e PEGORETTI, 2015). 
Dependendo da variação do teor de cada um dos elementos que compõem a 
fibra de vidro, diferentes tipos podem ser manufaturados, apresentando diversas 
propriedades. Os mais conhecidos são o vidro tipo E, tipo C e tipo S 
(WALLENBERGER; WATSON e HONG, 2001). 
• O vidro tipo E (do inglês Electrical) é conhecido pela excelente resistência a 
cargas compressivas, trativas e por sua alta rigidez. Essa fibra também possui 
boas propriedades elétricas e custo relativamente baixo. É um dos principais 
reforços utilizados na indústria do plástico reforçado com fibras de vidro 
(URIBE, 2017). 
• O vidrotipo C (do inglês Chemical) é conhecido pela alta resistência ao ataque 
químico e tem aplicação principal na manufatura de tubos e tanques de água e 
combustíveis (URIBE, 2017). 
• As fibras de vidro tipo S ou T (nomes dados por diferentes fabricantes) 
normalmente são de altos módulo, resistência à tração e resistência ao 
impacto, possuindo baixa retenção de umidade, o que permite que sejam 
utilizadas em aplicações de alta performance nas indústrias militar e 
aeroespacial. O custo estimado desse reforço está entre 15 e 20 vezes o 
12 
 
daquele apresentado para as fibras de vidro comerciais do tipo E (URIBE, 
2017). 
 
Dentre as principais aplicações da fibra vidro encontram-se o uso em isolamento 
térmico, acústico e elétrico, porém o reforço de matrizes poliméricas para usos 
automotivos, aeronáuticos e na manufatura de pás eólicas, tubos e tanques de grande 
tamanho é o principal foco de utilização desse material (URIBE, 2017). 
 
3.2. Laminados 
Um compósito laminado é constituído por duas ou mais lâminas empilhadas em 
orientações preferenciais. As propriedades de um laminado dependem basicamente 
da espessura, orientação e da sequência de empilhamento, esses parâmetros podem 
ser mensurados de acordo com a carga aplicada, o que gera maior flexibilidade de 
projeto (BARRETO e DUNCAN, 2017; SANTOS, 2017). Um laminado pode ser 
observado por duas perspectivas: a micromecânica analisa o reforço e a matriz em 
um nível microscópio, portanto, através das propriedades da resina e da fibra estima-
se as propriedades da lâmina; e macromecânica analisa o compósito em escala 
macroscópica, ou seja, o comportamento mecânico é determinado em função do 
arranjo de lâminas (GALLI, 2016). 
Os compósitos laminados apresentam comportamento ortotrópico, visto que, as 
propriedades num plano são iguais, mas distintas das que ocorrem numa direção 
ortogonal a esse plano (BARRETO e DUCAN,2017). Portanto, é importante definir um 
sistema de coordenadas que descreva as principais direções dos laminados. Os eixos 
principais do material são: 1) direção longitudinal à fibra, 2) direção transversal à fibra 
e 3) direção perpendicular à fibra. Dessa forma, está descrito o sistema de 
coordenadas local (ALVES, 2019). 
 
3.3. Laminação Manual 
A laminação manual, é um dos mais antigos métodos de fabricação de compósitos. 
Este processo de laminação consiste na aplicação de camadas de resina e reforço, 
aplicadas manualmente sobre a superfície do molde, uma a uma, até obter-se a 
espessura desejada do componente (AKOVALI, 2001). A moldagem por contato 
emprega um dos mais baratos tipos de processo, geralmente cura à temperatura 
13 
 
ambiente, no entanto, o calor pode ser aplicado para acelerar o processo de cura 
(CHEREMISINOFF, 1995). 
Segundo Alves (2019), para execução da laminação manual segue-se cinco 
etapas, como demonstrado na Figura 3: 
I. Limpeza do molde para melhor acabamento superficial; 
II. Aplicação de desmoldante para facilitar a extração do compósito, geralmente é 
utilizado apenas um filme de álcool polivilílico (PVAL) aplicado na superfície do 
molde (VOGEL, 2002); 
III. O terceiro passo inicia após a secagem parcial do desmoldante, em seguida, 
se dá o processo de empilhamento ou lay-up de camadas sucessivas de resina 
e fibra, onde cada camada é consolidada por um rolo, garantindo que a resina 
impregne na fibra e as bolhas de ar sejam removidas das lâminas (AKOVALI, 
2001); 
IV. A quarta etapa exige cuidado, devido ao caráter exotérmico do processo de 
cura. Assim, só é possível realizar de 4 a 5 camadas por sessão de laminação 
manual sob o risco de provocar empenamentos, distorções e contrações 
acentuadas no produto moldado (ABMACO, 2009 apud BITTENCOURT, 
2015); 
V. Por último, a etapa de extração do componente e acabamento superficial. 
 
Geralmente este processo é realizado em molde aberto, porém, eles apresentam 
a desvantagem de apenas uma superfície apresentar bom acabamento superficial. A 
laminação manual também pode ser realizada em molde fechado com as vantagens 
de obter superfície lisa dos dois lados do laminado. No mais, ainda é possível a 
aplicação de carga sobre o molde por meio de prensas hidráulicas, assim o processo 
de cura sobre pressão pode reduzir a quantidade de vazios. 
14 
 
 
Figura 3. Processo de fabricação manual de um compósito laminado. 
 
Fonte: AKOVALI, 2015. 
 
3.4. Análise mecânica básica das lâminas 
 
Para a análise de lâminas, é necessário obter propriedades mecânicas como 
resistência e constantes elásticas por meio de ensaios mecânicos convencionais ou 
realizando uma análise micromecânica preliminar. Esta análise leva em consideração 
as propriedades individuais da fibra e da matriz, e os teores volumétricos das fases 
para estimar as propriedades finais do material compósito, em geral desconsiderando 
as propriedades da interface, a existência de vazios (a lâmina é contínua), e 
assumindo que seu comportamento é linear elástico. Utilizando-se a Equação 1 e 
Equação 2, é possível calcular o percentual volumétrico de cada componente do 
compósito, sendo sua massa específica dada pela Equação 3 (OLIVEIRA, 2015). 
15 
 
 
 
Onde: 
Vf = volume de fibras; 
Vm = volume da matriz; 
vc = volume do compósito; 
vf = fração volumétrica de fibras; 
vm = fração volumétrica da matriz; 
ρf = massa específica da fibra; 
ρm = massa específica da matriz; 
ρc = massa específica do compósito. 
 
A Figura 4 mostra a direção longitudinal (1) paralela às fibras e a direção 
transversal (2), perpendicular às fibras. Quando aplicada uma força de tração em 1, 
os materiais apresentarão a mesma deformação (), como mostra a Equação 4. 
Considerando-se a lei de Hooke válida para esses materiais, o módulo elástico 
longitudinal pode ser definido por meio da Equação 5 (OLIVEIRA, 2015). 
 
(Equação 1) 
(Equação 2) 
(Equação 3) 
(Equação 4) 
(Equação 5) 
16 
 
Figura 4. Representação de uma lâmina unidirecional. 
 
 
O coeficiente de Poisson maior, 12, pode ser obtido por equação similar à Regra 
das Misturas (Equação 6). O coeficiente de Poisson menor, 21, relaciona-se com o 
maior por meio da Equação 7 (KAW,2006). 
 
Para estudar o comportamento elástico de uma lâmina, é normalmente 
considerado que a mesma é homogênea (propriedades homogeneizadas pela 
micromecânica) e contínua (não existem vazios), com comportamento linear elástico 
(KAW,2006). Imaginando-se uma lâmina (fina camada de compósito) bidimensional 
com reforço unidirecional, conforme apresentado na Figura 5, novamente com a 
direção 1 sendo o eixo coordenado paralelo às fibras, e a direção 2, perpendicular às 
fibras no plano 12. Normalmente as fibras são bem mais rígidas que a matriz, assim 
a lâmina possui um módulo de elasticidade mais elevado, E1, na direção 1 (direção 
das fibras), que o módulo na direção 2, E2 (NETO, 2006). 
A lâmina com reforço unidirecional apresenta dois coeficientes de Poisson. O 
maior deles, 12, refere-se à situação na qual a tensão normal é aplicada na direção 
1 das fibras, e o menor, 21, ocorre quando a tensão é perpendicular às fibras 
(OLIVEIRA, 2015). 
 
(Equação 6) 
(Equação 7) 
17 
 
Figura 5. Desenho representativo de uma lâmina. 
 
 
4. METODOLOGIA 
 
A metodologia foi baseada na prática experimental feita por ALVES (2019), que 
fez uma análise da influência da orientação do ângulo de fibra na resistência à tração 
do compósito laminado de fibra de vidro e resina poliéster. Então, todas as 
informações a seguir foram retiradas do Trabalho de Conclusão de Curso de Alves 
(2019). 
 
4.1. Materiais 
Para confecção dos corpos de prova foram construídas cinco placas de 
dimensões de 300 x 300 mm, representado na Figura 6 a). Para o reforço foi utilizado 
um tecido VEW 130 de fibra de vidro tipo E com trama unidirecional e filamentos 
transversais em termoplástico como na Figura 6b) e 6c), fabricado por BarracudaAdvanced Composites, com densidade de 450g/m², ainda foram empregadas cinco 
lâminas unidirecionais desta fibra por laminado. Para matriz, foi selecionada a resina 
poliéster arapol 50504 e o catalisador amberox m60. 
 
18 
 
Figura 6. a) Placa de 300 x 300 mm de compósito laminado fibra de vidro/resina poliéster; b) Tecido 
de fibra de vidro unidirecional VEW 130 e c) Trama do tecido. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
Foram utilizados recipientes de 100 ml para formação da mistura resina mais 
catalisador e uma haste de plástico para homogeneização da matriz. Um rolete de 
laminação foi utilizado para distribuir uniformemente a matriz no laminado e retirar as 
bolhas de ar. Uma espátula rígida de aço polido (4 polegadas) foi utilizada para 
remover o laminado do molde. Para o acabamento lateral e superficial foi utilizado a 
lixa T223 600 da marca Norton. 
Para confecção do molde foram utilizadas duas placas de vidro temperado de 
dimensões iguais a 300x400x4mm, com intuito de proporcionar um bom acabamento 
superficial, estas foram colocadas entre duas placas de aço com dimensões iguais a 
400x400x3mm para garantir maior resistência a flexão do molde e por fim garantir uma 
espessura uniforme ao conjunto. Para controle de espessura foi utilizado esbarros de 
3 mm entre as placas do molde, Figura 7. 
A prensa hidráulica com capacidade de 30 Toneladas P30T Ribeiro, mostrada 
na Figura 8, foi empregada no processo de cura sob pressão do compósito. Para 
extração dos corpos de prova, utilizou-se uma lixadeira 4.1/2 gws 6115 da marca 
Bosch com disco de corte 115x1x22 da marca Waves. 
Para realização do ensaio de tração utilizou-se a máquina universal de ensaios 
eletromecânica e microprocessada, EMIC modelo DL 10000, com carga máxima 
100kN. A garra utilizada para fixação dos corpos de prova foram as auto travantes por 
efeito cunha. O software utilizado para análise dos dados foi o TESC. 
 
19 
 
Figura 7. Molde para processo de fabricação manual composto por placa de aço, placa de de aço, 
placa de vidro e esbarros. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
Em todo processo de fabricação foi empregado EPI’s de segurança tais como, 
luvas, máscara e capa de proteção em pvc com mangas longas. 
 
4.2. Método de fabricação 
O processo de fabricação empregado foi o de contato manual e a cura do 
laminado foi realizado sob pressão por auxílio de uma prensa hidráulica com carga de 
uma tonelada, demostrado na Figura 9. 
Para a montagem do molde as duas placas de vidro foram cobertas por 
desmoldante do tipo PVAL incolor e após dez minutos foram empilhadas em 
sequência duas camadas, uma de matriz e uma de reforço. Na aplicação da camada 
de resina poliéster misturada ao catalisador, foi processado quantidade suficiente 
apenas para a camada a ser trabalhada, visto que, o tempo de trabalho da matriz era 
curto. Do peso da mistura, a proporção de 1,2% corresponde ao catalisador. A camada 
de fibras foi posicionada de forma a se obter um máximo alinhamento do reforço. Ao 
20 
 
final da última camada, Figura 7, o molde foi fechado e posicionado centralizado com 
a carga na prensa hidráulica. O processo de cura durou 8 horas. 
 
Figura 8. Processo de cura sob pressão. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
Figura 9. Processo de fabricação manual. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
21 
 
Todas as etapas para fabricação manual estão descritas no fluxograma 
esboçado na Figura 8. 
 
Figura 10. Fluxograma das etapas de fabricação de um compósito laminado por método manual. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
Após o processo de fabricação finalizado, com auxílio de esquadros foi 
desenhado nas placas os ângulos de 0º,30º,45º,60º e 90º. Com o ângulo definido foi 
recortado um retângulo 250x12,5mm, mostrado na Figura 11, e posteriormente foram 
extraídos 5 corpos de prova em sequência. 
Figura 11. Arranjo do modelo de extração de corpos de prova no angulo correto. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
22 
 
Após a extração, os corpos de prova foram tagueados de acordo com o ângulo 
e a quantidade, como demostrado na Figura 12, facilitando assim a identificação e 
controle durante o ensaio de tração. 
Figura 12.Corpos de prova após extração. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
 
 
4.3. Ensaios dos compósitos 
 
4.3.1. Ensaio de tração 
Os ensaios de tração foram realizados de acordo com a norma ASTM D3039, na 
máquina de ensaios mecânicos, que pode ser vista na Figura 9. Obtiveram-se os 
valores de módulo em tração e resistência à tração. Como o trabalho de ALVES (2019) 
avaliou a influência da orientação da fibra foram necessários 25 corpos de prova, 
sendo 5 amostras para cada orientação diferente. E a norma determina dimensões 
adequadas para estes, que são descritas na Tabela 3. Cada dimensão deve ser 
coletada em 5 pontos diferentes ao longo de cada corpo de prova. E a velocidade de 
ensaio é de 2 mm/mim. 
 
23 
 
Tabela 3. Dimensões sugeridas para construção dos corpos de prova. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
Em seguida, todos os corpos de prova, individualmente, foram posicionados entre 
as garras da máquina de tração com uma distância de 125 mm, tornando 50% da 
superfície do corpo de prova em contato com as garras, evitando seu deslizamento. 
Para obter a mesma fração volumétrica de fibras todos corpos de prova possuem as 
mesmas dimensões pré-definidas. 
Figura 13. Máquina de tração. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
4.3.2. Determinação de fração volumétrica de fibra 
 
Sabendo o volume do corpo de prova, peso e densidade das fibras inseridas 
no compósito, é possível determinar a fração volumétrica através da Equação 8. 
 
Vf = 
mf 
Vcpρf 
(Equação 8) 
24 
 
Onde: 
𝑉𝑓 = Volume das fibras, em cm³; 
𝑉𝑐𝑝 = Volume do corpo de prova, em cm³; 
𝑚𝑓 = Massa das fibras, em g; 
𝜌𝑓 = Densidade das fibras, em g/cm³. 
 
Para determinar a massa de fibras é necessário conhecer a densidade (em 
unidades de massa por unidade de área), as dimensões e quantidade de camada de 
fibra no corpo de prova, conforme Equação 9. 
𝑚𝑓 = 𝑄𝑐.𝐷𝑠. 𝐴𝑢 
 
Onde: 
 𝑄𝑐 = Quantidade de camadas no laminado (nº de camadas); 
 𝐷𝑠 = Densidade de superfície, em g/cm²; 
𝐴𝑢 = Área da superfície de cada camada de fibras, em cm². 
 
A fração volumétrica de fibras é diretamente proporcional as propriedades 
mecânicas do compósito, visto que o reforço forma o componente estrutural. Em 
princípio, quanto maior o teor de fibras, melhor será o desempenho do compósito 
(Garcez, 2005). Normalmente o volume de fibras varia entre 30% a 65% (Herakovich, 
1998). 
 
4.3.3. Densidade geométrica 
 
A massa especifica ou densidade de uma substancia é determinada mediante a 
Equação 10: 
𝜌 = 
𝑚
v
 
Onde: 
m = massa (unidade de massa); 
v = volume (unidade de volume). 
(Equação 9) 
(Equação 10) 
25 
 
No sistema SI (sistema internacional de unidades) a unidade para densidade é 
descrita em função de Kg/m³ ou g/cm³. 
 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
5.1. Propriedades físicas 
 
5.1.1. Dimensões do corpo de prova 
Alves (2019) iniciou os resultados com os resultados da medição do corpo de prova 
medido em 5 pontos distintos com um paquímetro. Mostrando assim, que os dados 
coletados sofreram inferências estatísticas. Logo, as dimensões de cada corpo de 
prova são determinadas pela média dos 5 pontos coletados. A Tabela 4 demostra a 
média, desvio padrão e coeficiente de variação das medidas referente a largura dos 
corpos de prova, com coeficiente de variação médio de 0,09%. 
 
Tabela 4. Inferências estatísticas das medidas referentes a largura em milímetro (mm). 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
26 
 
A Tabela 5 demostra a média, desvio padrão e coeficiente de variação das 
medidas referente a espessura dos corpos de prova, com coeficiente de variação 
médio de 2,1%. 
Tabela 5. - Inferências estatísticas das medidas referentes a espessura em milímetro(mm). 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
5.1.2. Fração volumétrica 
Para determinar a densidade superficial do tecido de fibra de vidro, Alves (2019) 
utilizou uma amostra com dimensões 110,56mmx75,76mm e peso de 3.548g, Figura 
14, resultando em uma densidade superficial de 0.0423 g/cm². 
Figura 14. Peso da amostra do tecido de fibra de vidro 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
27 
 
Por tanto, mediante a Equação 9, o peso das fibras em cada corpo de prova foi 
determinado, conforme Tabela 6. 
 
Tabela 6. Peso das fibras contidas em cada corpo de prova em gramas (g). 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
A densidade volumétrica da fibra de vidro tipo E é definida na literatura como 2.55 
g/cm³. Portanto, a fração volumétrica de fibras é definida, conforme a Equação 8, e 
demostrado na Tabela 7. O maior e menor valor de fração volumétrica de fibras são, 
respectivamente, 0.303 e 0.277, com média de 29.4%. 
 
Tabela 7. Fração volumétrica de fibras de cada corpo de prova. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
5.1.3. Densidade volumétrica 
 
Para a determinação da densidade volumétrica, os corpos de prova foram 
pesados, conforme mostrado na Tabela 8. 
28 
 
Tabela 8. Peso de cada corpo de prova, em gramas (g). 
 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
Logo, conhecendo o peso e volume de cada corpo de prova, as densidades foram 
calculadas e são apresentadas na Tabela 9. 
 
Tabela 9. Densidade volumétrica de cada corpo de prova, em g/cm. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
5.2. Propriedades Mecânicas 
 
5.2.1. Ensaio de tração 
Com os ensaios de tração foi possível obter o diagrama Tensão x Deformação, 
tornando possível a obtenção, para cada corpo de prova, da carga máxima aplicada, 
o percentual de alongamento, a tensão de ruptura e o modulo de Young. Assim, Alves 
(2019) aplicou a inferência estatística nos dados obtidos. Abaixo são listados os 
resultados dos ensaios para os ângulos 0°, 45° e 90°. 
 
1. Ângulo de fibra orientado a 0 graus 
29 
 
Com a carga aplicada no sentido das fibras, logo, com o ângulo de fibra orientado 
a 0 graus, obteve-se o gráfico tenção x deformação, mostrado no Gráfico 1. Como 
observado, o comportamento da curva é linear, resultado já esperado em 
concomitância com os estudos de Preto (2013). 
Gráfico 1. Gráfico tensão x deformação para o angulo de fibra orientado a 0º. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
A Tabela 10 apresenta as principais informações obtidas no ensaio. O compósito 
apresentou uma tensão de ruptura média de 437.05 MPa e coeficiente de variação de 
5,25%. A média do modulo de elasticidade foi 7114.16 MPa e coeficiente de variação 
de 4.83%. A instabilidade no início da curva se dá pelo ajustamento dos corpos de 
prova às garras de tração. No mais, a queda repentina de tensão no final da região 
linear indica que o compósito analisado é um material frágil. 
Tabela 10. Dados obtidos no ensaio de tração para a orientação de fibra a 0º. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
30 
 
Os corpos de prova CP 04 e CP 05 foram os de maior e menor resistência, 463.42 
e 400.75 MPA, respectivamente. Essa diferença pode ser explicada pela diferença 
das frações volumétricas de fibra de vidro, mostrado na Tabela 7, com CP4 e CP05 
apresentando 29.1 e 27.6 %, respectivamente. 
 
2. Ângulo de fibra orientado a 45 graus 
 
Com a carga aplicada sob o ângulo de fibra orientado a 45 graus, obteve-se o 
gráfico de tensão x deformação, expresso no Gráfico 2, no qual observa-se o 
comportamento linear da curva. 
 
Gráfico 2. Gráfico tensão x deformação para o angulo de fibra orientado a 45º. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
A Tabela 11 apresenta as principais informações obtidas no ensaio. O compósito 
apresentou uma tensão de ruptura média de 31.42 MPa e coeficiente de variação de 
9,10%. A média do modulo de elasticidade foi 2622.01 MPa e coeficiente de variação 
de 2.32%.%. A instabilidade inicial da curva e o comportamento frágil do material 
segue a mesma explicação do que aconteceu no gráfico anterior. 
31 
 
 
Tabela 11. Dados obtidos no ensaio de tração para a orientação de fibra a 45º. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
3. Ângulo de fibra orientado a 90 graus 
 
Com a carga aplicada com o ângulo de fibra orientado a 90 graus, encontrou-se o 
gráfico tenção x deformação, mostrado no Gráfico 3. Como observado, o 
comportamento das curvas é linear apenas no início, após a zona linear os CP02 e 
CP03 apresentaram perda repentina de resistência seguida por uma recuperação. 
Nota-se ainda que após a zona linear as curvas não possuem mais padrão de 
comportamento. 
Gráfico 3. Gráfico tensão x deformação para o angulo de fibra orientado a 90º. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
A Tabela 12 apresenta as principais informações obtidas no ensaio. O compósito 
apresentou uma tensão de ruptura média de 3.53 MPa e coeficiente de variação de 
32 
 
23.87%. o modulo de elasticidade não foi calculado devido o comportamento 
predominante não linear das curvas tensões x deformação. 
 
Tabela 12. - Dados obtidos no ensaio de tração para a orientação de fibra a 90º. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
 
4. Modulo de elasticidade vs angulo de orientação da fibra 
 
O Gráfico 4 mostra o efeito do ângulo de orientação das fibras no modulo de 
elasticidade do compósito. Como esperado o maior valor é observada quando a carga 
está alinhada com as fibras. À medida que o ângulo de orientação decai até o ângulo 
de 30º há uma grande perda de rigidez no material, após isso o modulo de Young 
diminui com menor intensidade. Entre 45º e 60º observa-se uma estabilidade na 
rigidez. Não foi determinado o modulo de rigidez para o ângulo de 90º. 
 
Gráfico 4. Gráfico modulo de elasticidade vs ângulo de orientação da fibra ângulo. 
 
Fonte: ALVES, 2019. 
33 
 
6. CONCLUSÕES 
 
Os resultados descrevem o comportamento do laminado constituído por fibra de 
vidro tipo E unidirecional com matriz polimérica de poliéster, com a fração volumétrica 
de fibras média de 29,09% e método de fabricação manual curado sob pressão. 
Conforme as observações nos ensaios de tração, a orientação do ângulo de fibra 
apresenta grande efeito na resistência a tração do compósito de fibra de 
vidro/poliéster. 
Foi constatado que o decaimento da resistência a ruptura, modulo elástico e 
alongamento máximo é essencialmente grande entre os ângulos de 0º e 30º. Nesses, 
para resistência a ruptura observou-se uma diminuição de 88.28%. Conclui-se ainda 
que entre os ângulos de 30º e 90º a resistência a tração decaiu com mais suavidade. 
A curva tensão x deformação apresentou comportamento predominante linear para 
todos os ângulos, exceto 90º. 
Os ensaios de tração para a orientação de 90º apresentaram grande coeficiente 
de variação. Pode-se inferir ainda que o modulo elástico do laminado analisado é 
baixo, apresentando valor de 7114.16 MPa a e 2447.95 MPa a 0 e 60 º 
respectivamente. Além disso, o compósito apresentou baixa densidade volumetria, 
com valor de 1.53g/cm³. 
No processo de fabricação, o método manual foi de fácil execução, contudo ficou 
nítido a falta de reprodutibilidade e difícil aplicação para produção em série. O molde 
proposto, apresentou baixo coeficiente de variação para espessura dos corpos de 
prova. Sendo assim, conclui-se que quando as fibras estão alinhadas com a carga, o 
compósito em estudo tende a apresentar altos valores de resistência a tração (437.05 
MPa), porém a aplicação em projetos estruturais pode ser comprometida devido à 
grande influência da orientação na resistência à ruptura, logo, o laminado unidirecional 
fica limitado apenas à aplicação de carga no mesmo sentido das fibras, situação que 
dificilmente é requerida em projetos. 
 
7. REFERÊNCIAS 
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