Plásticos Reforçados com Fibras de Vidro

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Reforços
João Reis – UFF 2011
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Introdução
A designação “Plásticos Reforçados” é usada para um grupo de materiais que são basicamente compósitos, isto é, uma combinação de pelo menos dois materiais
 O termo “reforçado” indica que algumas (ou a maior parte) das propriedades mecânicas de um material (homogêneo) são melhoradas 
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Características gerais
um modulo de elasticidade consideravelmente mais elevado que o material plástico a ser reforçado (2 -a 3 vezes maior, peio menos)
uma tensão limite de elasticidade mais elevada
estar numa forma conveniente para ser combinado com o plástico
produzir a melhor adesão possível com a matriz (resina) base
ser resistente ao plástico e/ou a outros constituintes químicos presentes no compósito
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Fibras de Vidro 
As fibras de vidro podem ser produzidas com diversos tipos de vidro cujas composições são apresentadas na tabela 
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O vidro mais largamente usado é o vidro tipo “E” que é um vidro de borosilicato com baixa percentagem de compostos alcalinos, produzindo boas propriedades elétricas e mecânicas bem como boa resistência química. 
O vidro tipo “A”, que em dada altura era extremamente usado, já não existe em produção comercial.
O vidro “C” é um tipo com especial resistência química. 
Para certas aplicações (por exemplo, aeroespaciais) são usados os vidros de alia resistência a tração tipo “R” e “S” 
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Fabricação
Embora existam diversos métodos de produção de fibras de vidro, a técnica mais comum é o estiramento de vidro fundido em filamentos finos e contínuos. O vidro fundido passa através de orifícios de dimensões muito precisas, numa fieira em liga de platina. Uma alimentação constante de vidro é mantida sob temperatura rigorosamente controlada de modo que os filamentos, ao serem enrolados num mandril a alia velocidade (3000-4000 m/min), produzem fios com o diâmetro pretendido dentro de tolerâncias muito apertadas. 
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Todas as fibras de vidro levam um acabamento superficial à saída da fieira. Há dois tipos de acabamento superficial: o plástico e o têxtil. 
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Tipos de acabamento
Plástico 
fios para produção de “roving”, “manta”, “fibras cortadas”, “fibras moídas” e alguns “yarns”, 
Têxtil 
produção do “glass yarn”. 
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Acabamento Superficial
um ligante (“binder”) — normalmente suspensões ou emulsões de poli-acetato de vinilo (PVAC), resinas de poliéster ou epóxido (o ligante serve para manter os filamentos juntos, para evitar movimento e abrasão). 
um agente de adesão para promover uma boa adesão entre a resina e a fibra geralmente compostos orgânicos de silício. 
um lubrificante
agentes anti-estáticos e/ou agentes de impregnação 
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Classificação das Fibras de vidro
Na Europa a classificação "tex" é feita atendendo ao diâmetro das fibras 
Ex:um fio cujo diâmetro médio dos filamentos é de 10 µm, que pesa 40 g por 1000 m, tem um “tex” de 40. 
BS/ISO:
EC 1040 2400. EC indica vidro “E” contínuo, 10 indica o diâmetro nominal do filamento em µm, 40 indica o peso por mil metros (“tex”); 2400 é o título do “roving” ou o peso total por 1000 m.
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Tipos de Fibra de Vidro
Roving - é um feixe de fibras de vidro, continuas e paralelas enroladas na forma helicoidal em bobines cilíndricas 
Manta de filamentos cortados – CSM CSM é um produto laminar e plano, feito a partir de filamentos cortados, distribuídos horizontalmente e de forma dispersa, aglutinados entre si através de um ligante em emulsão (poliacetato de vinilo) ou em pó (pó de poliéster bisfenólico).
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Fibras cortadas 
são fibras de comprimentos entre 0.5 mm a 50 mm a misturar com resinas e outros aditivos para preparar compostos para moldação por injeção e compressão.
Fibras moídas - São constituídas por vidro fibroso em comprimentos entre 0.05 a 0.5 mm 
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Tecido de “roving” - É um tecido pesado feito de “roving” continuo 
Manta de superfície - É uma manta leve (20 a 30 g/cm2) que é utilizada com mantas de reforço para produzir bom acabamento superficial. 
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Pré-impregnados (prepreg)
Pré-impregnado é o termo usado para descrever um reforço que é pré-impregnado com resina antes de se usar. Em geral este sistema não contém cargas
O termo refere-se a sistemas de resina epóxi embora outras resinas (poliéster e poliimidas) possam ser usadas.
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Fabricação
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Pré-formados
Para produtos de forma complexa, antes de moldação, faz-se uma pre-forma. Uma pré-forma é uma manta de fios cortados com a forma do produto pretendido e ligados por um ligante conveniente. 
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Fibras de Carbono
As fibras de carbono são produzidas pelo processo de carbonização e tracionamento de filamentos de poliacrilonitrilo (Courtelle®) resultando numa fibra que tem uma estrutura molecular com uma orientação ao longo do eixo da fibra. 
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Tipos de Fibras de Carbono
As fibras de carbono são derivados de dois materiais precursores
PITCH baixas propriedades mecanicas, e por isso raramente usadas em aplicações estruturais criticas. 
PAN (Poliacrilonitrilo) – estão em constante desenvolvimento e são utilizadas em compósitos para produzir materiais com elevada resistência e leveza
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Características
Densidade moderada
Elevado módulo (220 GPa)
Elevada resistência (3,1 GPa)
Baixa a moderada deformação 
Custo elevado
CDT negativo (-0,1 µm/m°C)
Anisotrópico
Condutor elétrico
Boa resistência química, etc... 
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Aplicações
Equipamentos esportivos e de recreação (varas de pescar,tacos de golfe);
carcaças de motores a jato enroladas com filamentos, em
vasos de pressão e em componetes estruturais de
aeronaves, tanto militares como comerciais, com asas
fixas e em helicópteros (componentes da asa, da
fuselagem, do estabilizador e da pá de leme
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Fibras Aramídicas (Kevlar)
Densidade moderada
Elevado módulo (130 GPa)
Elevada resistência (3,6 GPa)
Baixa a moderada deformação 
Custo elevado
CDT negativo (-2 µm/m°C)
Anisotrópico
Baixa temperatura de serviço
Boa resistência química, menos água etc...
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Processamento
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Propriedades
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Propriedades do Kevlar
Os anéis aromáticos conferem características de rigidez, ao Kevlar, as cadeias estão altamente orientadas e se extendem ao longo do eixo da fibra;
Fibras de Kevlar 49 não fundem ou queimam, mas se carbonizam a 427oC;
Máxima temperatura de uso remomendada - 160oC;
Umidade não afeta muito as propriedades do Kevlar 49, mas é sensível à luz
UV, exposição direta ao sol (descoloração e perda de resis. à tração).
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Aplicações
Produtos balísticos (coletes à prova de balas)
artigos esportivos
pneus, cordas, caracaças de mísseis
vasos de pressão
como substituto do amianto em freios automotivos
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Fibras de Boro
Estas fibras são correntemente produzidas pela deposição de vapor de boro num substrato de arame de tungstênio de aproximadamente 10 micron, tendo a fibra resultante diâmetros entre 100 a 200 µm.
As fibras de boro são geralmente utilizadas na forma de fitas pré-impregnadas constituídas por 65 a 70% cm peso de fibras unidirecionalmente alinhadas a 30 a 35% de resina, a qual pode ser epóxido, fenólica ou poliimida.
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Características
Vantagens
elevada resistência à tração
alto módulo
Desvantagens
alta densidade
custo elevado
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Estrutura
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Processamento
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Propriedades
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Aplicações
Componentes de aeronaves militares
artigos esportivos
ônibus espacial
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Amianto (Asbestos)
O amianto (asbestos) é um produto mineral fibroso, formado por um silicato complexo de composição variável.
Normalmente este material de reforço aparece na forma de fibras curtas embora possa ser processado em feltos ou manias de fibras alinhadas ou dispersas e estopas descontinuas.
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Fibra de Coco
As fibras de coco (coir fibers) são materiais ligninocelulósicos obtidos do mesocarpo de cocos (cocus nucifera), e se caracterizam
pela sua durabilidade, atribuída ao alto teor de lignina (41-45%), quando comparadas com outras fibras naturais
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A fibra de coco apresenta inúmeras vantagens na sua utilização, para além de ser um material ecológico e facilmente reciclável. Pertencente à família das fibras duras, tem como principais componentes a celulose e o lenho que lhe conferem elevados índices de rigidez e dureza, encontrando-se perfeitamente vocacionada para os mercados de isolamento térmico e acústico, face às suas características, que a tornam num material versátil, dada a sua resistência, durabilidade e resiliência.
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Características
Inodora;
Resistente à umidade;
Amplia a difusão;
Não é atacada por roedores;
Não apodrece;
Não produz fungos;
Condutividade térmica: 0,043 a 0,045 W/mk;
Comportamento ao fogo: classe B2.
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