Processos de obtenção compósitos

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Processos de obtenção
Assim como são vários os materiais e as combinações possíveis entre eles, são vários os métodos de fabricação possíveis para cada peça, e provavelmente esse é o item mais delicado no que diz respeito à certificação de um componente feito com materiais compósitos. É que a certificação de um componente implica em um rigoroso controle do processo produtivo, o que é mais simples quando tal processo pode ser automatizado de alguma maneira.
Embora muitos processos de produção de componentes com materiais compósitos sejam ou possam ser automatizados, essa automatização custo muito caro e só se justifica para quantidades muito grandes de produção (o que já ocorre em alguns casos da indústria automobilística, mas que não é necessariamente o caso na indústria naval). Assim, uma boa parte da produção ainda é o que podemos qualificar de “artesanal”, e depende em grande parte das habilidades de seres humanos. Com isso, o controle de qualidade fica mais difícil, e o custo de produção aumenta.
Seja qual for o método empregado, o processo elementar consiste em banhar as fibras com a matriz, segundo uma determinada proporção. A matriz então se infiltra entre os filamentos, colando-os e mantendo-os no lugar. Assim o componente toma forma. Descreveremos sumariamente alguns dos processos mais importantes.
Processo manual
A laminação manual é longe de dúvida o mais comum e difundido método de fabricação de componentes em materiais compósitos. Sendo bastante utilizado na indústria naval.
Consiste basicamente em banhar as fibras com a matriz sobre um molde, camada por camada, retirando o excesso de resina com uma espátula e distribuindo-a com um rolo ou pincel, que ajuda também a evitar a formação de bolhas de ar que prejudicarão significativamente as propriedades mecânicas do componente, o laminado também é deixado a curar nas condições atmosféricas normais.
Podem ser usadas vários tipos de fibras e matrizes poliméricas, sendo as combinações mais comuns baseadas em resina epóxi ou poliéster com fibras de carbono, vidro ou Kevlar. Como o processo de banhar as fibras é normalmente feito a temperatura e pressão ambiente, matrizes poliméricas termoplásticas não são aplicáveis em tais casos.
Este processo é dos mais utilizados na indústria há muitos anos e é de muito fácil aprendizagem. Tem a desvantagem de as mistura da resina, quantidade de resina no laminado e qualidade do laminado estar muito dependentes da habilidade dos laminadores. É um processo pouco amigo do ambiente de trabalho, devido às concentrações de estireno.
 
 Fonte:Compositoskevlar.blogspot		Fonte: Franco Rodrigo, 2008 
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 em uma bolsa plástica que por sua vez é conectada através de tubos, mangueiras e válvulas, a uma ou mais bombas de vácuo.
Uma vez acionadas as bombas, o ar é retirado de dentro da bolsa dentro da qual está contido o laminado, criando uma pressão em seu interior que é 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.
Também a cura pode ser feita em temperatura ambiente ou em um forno ou estufa. 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. 
Fonte: Franco Rodrigo, 2008
Spray Lay-up
Neste processo a fibra é projetada através de uma pistola de mão saindo já impregnada de uma resina catalisada diretamente para o molde. Os materiais depositados são deixados a curar em condições atmosféricas normais. Os laminados tendem a ser demasiados ricos em resina, e por serem incorporadas apenas fibras pequenas, o produto resultante tende a ser fraco no que diz respeito às suas propriedades mecânicas.
 Fonte: Franco Rodrigo, 2008
RTM (“Resin Transfer Moulding”)
Nas técnicas de transferência de resina (RTM, de “Resin Transfer Molding”), preparamos os componentes com os tecidos antes que sejam banhados com a resina, como já dito. Prepará-los quer dizer basicamente dispô-los em um molde, também conhecido como “molde fêmea”. Posteriormente outro molde, o “macho” é colocado sobre o componente, ambos os moldes ficando separados pelos tecidos secos.
Então, após devidamente selar a montagem contra entrada ou saída indesejada de ar, a resina é injetada no espaço entre os moldes, preenchendo-o e banhando os tecidos apropriadamente. É possível e, de fato comum, aplicar certa pressão entre os dois moldes, para garantir a compacidade da peça. O resultado final é um componente que tem tanto de um lado como de outro um acabamento que é tão suave quanto os moldes usados.
A injeção da resina pode ser feita através do exercício de pressão na extremidade injetora, de vácuo na extremidade ejetora, ou de ambos ao mesmo tempo. De qualquer forma, é sempre necessário um bom planejamento do fluxo da resina, isto é, dos os caminhos e da velocidade por onde a resina deve passar, de forma que sua distribuição por todo o componente seja apropriada.
As vantagens desses métodos estão no fato que todo o trabalho de deposição dos tecidos é feito enquanto estes ainda estão secos. Isso garante uma maior flexibilidade de tempo e de tolerância a erros durante a deposição. Além disso, mas não menos importante, há o fato que um tal método, se bem planejado, garante uma melhor proporção entre a quantidade de resina e a quantidade de reforço, permitindo a produção de componentes de altíssima qualidade. Grande parte da indústria naval de médio e grande porte faz uso de tais técnicas, mesmo que não exclusivamente.
Figura processo RTM em um pequeno casco embarcação
Fonte: fromyoutube.com
Figura Esquema do processo RTM
Fonte: ufrgs.br 
Processos de Infusão (SCRIMP, RIFT, VARTM)
Os fabricados secos são amontoados tal como no processo RTM. Esse conjunto de fabricados é coberto com uma camada removível e um tipo de tecido não estrutural. É então aplicado vácuo de modo a recolher todo o ar presente nos fabricados e de seguida é injetada a resina para o laminado. A distribuição de resina pode ser feita com o auxílio do fabricado não estrutural, ‘correndo’ facilmente por esse fabricado, e sendo drenada para os outros fabricados ‘encharcando’ o laminado. Um processo, deste tipo, começa a ser largamente utilizado na Indústria Naval.
Nesse caso é mais prático, pois ao invés de usar outro molde (o “macho”), usa-se um sistema de empacotamento semelhante àquele usado na técnica de laminação a vácuo. Isso permite um melhor monitoramento do fluxo de resina durante a transferência, e tende a ser mais eficiente do ponto de vista econômico. A principal desvantagem do uso do empacotamento à vácuo é de uma maneira geral o fato que a pressão que pode ser exercida é limitada à pressão ambiente absoluta. De fato, é uma desvantagem desprezível para os casos em questão.
 Fonte: Franco Rodrigo, 2008
Enrolamento Filamentar
Através desse método, um mandril (um molde interno) gira em uma máquina (de forma semelhante a um torno), enquanto um cabeçote (ou vários) controlado(s) por computador enrola(m) os feixes de fibra, com precisão de alinhamento, pressão e de mistura com a resina ao seu redor. Posteriormente, após a cura, o mandril interno é retirado e a peça está praticamente pronta.
.Este processo é principalmente usado para componentes circulares, com espaços vazios ou com secções ovais de alta resistência como tubulações, tanques, postes e vasos depressão. As fibras, com varias orientações controladas pelo sistema de alimentação, são “rebocadas” por uma peça cilíndrica rotativa e passam por um banho de resina. Este processo pode ser rápido e por isso um método econômico.
 Fonte: Franco Rodrigo, 2008
 Fonte: Franco Rodrigo, 2008
Pultrusão
Neste processo, as fibras são puxadas de uma urdideira (dispositivo onde estão colocados os“rovings” de forma a serem puxados e de modo a serem colocados no laminado na configuração desejada) passando por um banho de resina e posteriormente por um sistema aquecedor (ferramenta de pultrusão). Esse sistema aquecedor completa a impregnação da resina, controla a quantidade de resina e cura o material na sua forma final.
As propriedades estruturais dos laminados são de boa qualidade e a impregnação de resina pode ser feita em processo fechado minimizando assim emissões voláteis. Os custos de maquinaria, sistema de aquecimento, podem ser elevados.
 Fonte: Franco Rodrigo, 2008
O processo de pultrusão:
1. Usa fibras (vidro, carbono, aramida, etc) em rolos e mantas.
2. A fibra passa através de um banho de compósitos (resina, catalizador, desmoldante, corante e carga). A principal resina é a de poliéster, mas também pode ser éster vinil ou epóxi.
3. A fibra impregnada é conduzida por um molde aquecido o qual já tem o formato da peça requisitada.
4. Na saída do molde, já se pode verificar o formato da peça pronta.
5. Tudo isso é realizado por um conjunto de "puxadores" que estão puxando este material constantemente.
6. Por fim o perfil "sem-fim" é cortado na medida desejada, evitando desperdícios
Figura processo completo de pultrasão
7Fonte: composite-sazeh.com
Processos de Produção de Prepreg
Prepreg é o termo industrial de compósito para reforço com fibra contínua impregnada com uma resina polimérica que é apenas parcialmente curada. Este material é entregue na forma de uma fita para o fabricante, que a seguir molda diretamente e cura completamente o produto sem ter que adicionar nenhuma resina. Este é provavelmente ao material compósito mais largamente usado para aplicações estruturais.
O processo "prepreg" começa pela colimação de uma série de mechas de fibras contínuas enroladas numa bobina. Essas mechas são então “sanduichadas” e prensadas entre chapas de papel de liberação e condução usando rolos aquecidos, um processo denominado "calandragem". Estas folhas de papel de descarga são recobertas com um filme fino de solução de resina aquecida de relativamente baixa viscosidade de maneira a fornecer a completa impregnação das fibras. Uma lâmina de metal (espátula) espalha a resina num filme de espessura e largura uniforme. O produto final consiste na fita fina de fibras contínuas e alinhadas embutidas numa resina curada.
Figura Processo Prepeg
Fonte: Luis Carlos Resnauer 2011/1
Processo por centrifugação
Este processo e utilizado na produção de peças de revolução. Dentro do molde em movimento de rotação são injetadas as fibras cortadas juntamente com a resina, a impregnação da resina nas fibras e a compactação são feitas pelo efeito de centrifugação Neste processo as fibras são enroladas (bobinadas) sobre um mandril que dará a forma final da peça. Este processo permite a fabricação industrial de tubos de diversos diâmetros e grandes comprimentos.
A cura da resina pode ser feita a temperatura ambiente ou em uma estufa. O processo e utilizado em casos onde não se exige certa homogeneidade das propriedades mecânicas da peça. Para atender as necessidades de projeto o bobinamento das fibras pode ser feito da seguinte maneira: bobinamento circunferencial, bobinamento helicoidal e o bobinamento polar.
Figura Processo por centrifugação
Fonte: fabricaçãodecompositos.blogspot.com.br