Introduction to Reinforced Fiber Plastic in Naval Shipyards

1. Tecnologia de estaleiros navais Vitor Anes Filipe Serafim Plástico Reforçado a Fibra Uma Abordagem

2. Introdução Histórica • Aparecimento inicial: finais da 2ª guerra mundial; Desenvolve projecto pioneiro: Cúpulas de radar em PRFV

3. Introdução Histórica • Carl Beetle (New Badford, EUA), inspira-se na utilização de materiais compósitos em elementos estruturais para a fabricação de embarcações através de molde; • 1946-47, apresenta o primeiro protótipo em fibra de vidro na New York National Boat Show.

4. Beetle Cat Boat

5. Breve descrição • Materiais compósitos resultam da combinação de componentes individuais; • Comportamento mecânico superior ao dos componentes individuais. • PRFV, consiste numa rede de fibra (manta) embebida numa matriz de resina curada; • Componentes individuais: - fibra (manta); - resina.

6. Breve descrição • A resina apresenta um comportamento frágil, mas quando combinada com fibras de alta resistência pode atingir níveis de tensão muito superiores ao seu limite de ruptura; • Na prática a resina tem apenas a função de prender as fibras segundo a direcção desejada e de promover uma barreira química contra a água.

7. Fibra PRFV Resina

8. Comportamento estrutural • Alongamento médio antes da ruptura: • fibras: 5% • resinas: 2%

9. Escolha da resina • Factores: • requisitos estruturais; • custo da resina; • facilidade de manufactura; • tempo de cura; • ambiente; • tempo de vida.

10. Escolha da resina • Estruturas compostas implicam a combinação de vários tipos de resinas e a utilização de aditivos que controlam: • viscosidade da resina; • resistência contra raios UV; • resistência á tensão de corte interlaminar; • tensão superficial da resina; • cor.

11. Tipos de resina • Termoplásticas (podem ser dissolvidas, aquecidas e reutilizadas); • Termofixas (quando catalisadas e curadas tornam-se insolúveis): • poliéster; • estervinílicas; • epoxy.

12. Papel das resinas • Proteger as fibras contra: • absorção de agua; • desgaste; • ataques químicos; • outras agressões externas; • Aderir com firmeza às fibras de reforço; • Permitir que as tensões atravessem o laminado.

13. Propriedades mecânicas • Resina ideal: • bastante flexível; • elevada resistência á tracção. (é extremamente difícil conjugar estas duas propriedades) alta resistência  resina quebradiça boa elongação  baixo HDT, baixa resistência á absorção de água • Resina admissivel: • suportar grandes deformações sem apresentar distorção permanentes; • resistir e dissipar microfissuras dentro do laminado

14. Temperatura e resina • HDT - Temperatura à distorção térmica: • Temperatura até à qual se espera que as propriedades da resina se mantenha constante. • Normalmente, nas aplicações navais, as estruturas estão expostas a alta temperatura,pelo que o HDT é um factor importante; • Resinas com HDT inferior a 65ºC devem ser evitadas.

15. Requisitos • Para que o laminado tenha elevadas propriedades mecânicas, o teor de fibra devia ser o maior possível, mas para que resista ao ambiente o laminado deve ter um alto teor de resina (nas camadas mais externas), para tal devem apresentar: • resistência à água e acção química; • simples manuseio; • capacidade de molhar as fibras rapidamente.

16. Viscosidade das resinas e suas influencias • Apesar de cada resina ter uma viscosidade caracteristica, esta está sujeita a flutuações devidas á temperatura, ex: • verão: viscosidade diminui; • inverno: viscosidade aumenta; • O ajuste da viscosidade evita problemas de impregnação e economiza tempo de laminação; • É por vezes necessário o uso de aditivos para controlar a viscosidade e a formação de bolhas de ar na superficie, apesar dos processos manuais apresentarem sempre bolhas.

17. Selecção de resinas • A habilidade de por vezes curar os moldes a temperaturas elevadas (pós-cura) limita a escolha da resina, assim: • a habilidade da resina conseguir boas propriedades mecânicas e resistencia quimica quando curada á temperatura ambiente é um dos principais requesitos na selecção da resina.

18. Fibras • Principais tipos de reforços: • fibra de vidro; • fibra de carbono; • aramid (kevlar).

19. Fibras de vidro • É o reforço mais usado e mais barato; • Bastante leve; • Resistência moderada ao corte e á compressão; • Relativamente tolerante a deficiências estruturais e carregamentos cíclicos; • Fácil manuseio e maquinabilidade.

20. Fibras de carbono • É um reforço moderno e extremamente leve; • Apresenta alta resistência á tracção e alta rigidez; • É necessário uma tecnologia avançada para retirar o máximo proveito das propriedades mecânicas e estruturais; • É o reforço mais caro.

21. Aramid (kevlar) • Por ser a fibra mais comum da família aramid, é usual chamar fibra de kevlar; • Tem a densidade mais baixa; • Admite alta resistência á tracção; • Dureza bastante elevada; • Altamente resistente ao choque e erosão; • Preço relativamente moderado. • Extremamente dura, difícil corte e maquinabilidade; • Resistência á compressão bastante pobre.

22. Quadro comparativo Custo Dureza Densidade Resistência á tracção Resistência á erosão Resistência á compressão Resistência ao calor Resistência á fadiga Compatibilidade com resinas Condutibilidade Maquinabilidade