Mês: dezembro 2020

Apesar de o método de laminação manual ser capaz de entregar laminados com boa resistência, durabilidade e aparência cosmética, o uso de vaccum bag é capaz de fabricar uma estrutura mais leve e mais forte. A ideia é usar a pressão atmosférica para compactar o laminado durante o processo de cura.

É possível realizar a laminação de peças sólidas ou utilizar esse método para colagem de materiais sandwich. O processo consiste em posicionar os reforços e impregnar manualmente o laminado com resina antes de revesti-lo em uma bolsa plástica, que é conectada a uma bomba de vácuo usada para remover o ar existente dentro da cavidade do molde. Para esse processo pressões entre 0,4 e 0,6 atm são suficientes.

Esquema de laminação a vácuo

Entre o laminado e a bolsa de vácuo há alguns outros materiais descartáveis essenciais para o sucesso do processo. A começar pelo tecido de poliamida, chamado de peel ply, posicionado em contato direto com o laminado e que possui a função de desmoldante e facilita a retirada dos demais materiais descartáveis após o processo de cura. Acima do peel ply deve ser colocado um filme perfurado, usado para deixar passar ou bloquear a passagem de resina, já que normalmente se utiliza umva quantidade de 3% a 5% maior de resina do que o projetado para facilitar a impregnação inicial e que deve ser retirada durante a aplicação de vácuo.

Em sequência, é posicionado um material absorvente, chamado breather, que tem a finalidade de absorver a resina que que o filme perfurado deixou passar e homogeneizar a distribuição de vácuo. Finalmente a bolsa de vácuo fecha o envelope e deve ser fixa no molde com a tacky tape, uma fita emborrachada dupla face que tem cerca de 12 mm de largura.

Todos os materiais descartáveis devem ter resistência a temperatura e aos solventes emitidos pelas resinas durante o processo de cura exotérmica. Para resinas que curam a temperatura ambiente, os materiais devem ser especificados para uma operação mínima de 80°C.

Como a impregnação dos reforços deve ser feita de forma manual, dependendo das dimensões do laminado esse processo toma bastante tempo. Por esse motivo é preciso utilizar uma resina com gel time alto, normalmente epoxy, o que aumenta o custo do processo.

Apesar do custo dos materiais descartáveis, da bomba de vácuo e da resina, o processo é capaz de entregar um teor de fibra de cerca de 50%, maior que os 40% da laminação manual e da faixa de 20 a 30% obtida pelo spray-up. Por esse motivo a estrutura fica mais leve e tem aumentos consideráveis nas propriedades mecânicas. Além, é claro, de que o uso de vácuo para compactação das fibras também diminui a quantidade de vazios e melhora a qualidade do laminado.

É possível também variar a quantidade de fios em cada direção e fabricar tecidos que tenham propriedades mecânicas direcionais. Normalmente, o máximo que se faz comercialmente são tecidos com diferenças na quantidade de fios de 30% a 70% entre as direções. Quando pelo menos 70% dos tecidos são colocados, ou concentrados, em uma só direção ele é chamado de tecido unidirecional. 

Estes tecidos são produzidos em larguras que variam do tamanho do rolo normal de 50 polegadas ou até fitas (tapes) com 2” (50mm), 4” (100mm), 6” (150mm) e 8” polegadas (200mm), incluindo também larguras intermediárias.  Para tecidos unidirecionais de carbono as larguras comerciais são de 300mm (12”) e 600mm (24”) pois são mais fáceis de serem utilizadas com impregnadores ou com tecidos do tipo pré-impregnado.

Os tecidos colados transversalmente são melhores porque, além de eliminarem as poucas tramas, são muito fáceis de serem impregnados. Esta forma de reforço aumenta bastante as propriedades direcionais, embora na direção transversal ou em qualquer outra, a sua resistência seja muito baixa.  Entretanto, o que sempre acontece, é que esse tipo de tecido é colocado nas regiões onde o construtor já determinou a direção principal do esforço.

Existe um grande número de opções disponíveis para se comprar tecidos unidirecionais não tramados, colados ou fabricados de uma dezena de formas diferentes.  Todos eles têm prós e contras, o que só é possível ser descoberto com testes práticos. Note também, que a resistência e o preço podem variar muito entre todas estas configurações.       

É também possível a construção de laminados a partir de tecidos unidirecionais, variando sua orientação através de suas camadas. Uma grande vantagem desse método é a redução da espessura e o excelente teor de vidro, que normalmente excede aos tecidos bidirecionais. Dessa forma, você pode construir um tecido apontado para quatro direções diferentes, [0/ 90/ 45/ -45] com predominância em uma ou duas delas, e otimizar resistência e peso. Observe, entretanto, que as dificuldades de moldagem são enormes com esse tipo de material e vão exigir limitações de ordem construtiva.

Os tecidos unidirecionais podem ser fabricados somente com um tipo de fibra ou com a combinação de duas delas. Os padrões mais usuais de tecidos unidirecionais híbridos são de carbono com kevlar e vidro com kevlar.  Os tecidos unidirecionais têm gramaturas que variam entre 80 e 1200 gr/m2.

Os tecidos bidirecionais mais leves, na faixa de 60 a 400 gr/m2, estão disponíveis numa grande variedade de tramas que terão diferentes características. O tipo de trama afeta na facilidade com que o tecido é impregnado e com a qual ele faz curvas, além disso, quanto mais preciso o trabalho de tecelagem maior será a resistência do laminado.  Mesmo com uma construção precisa, para a mesma gramatura os tecidos unidirecionais e multiaxiais tendem a ser mais resistentes que tecidos com tramas bidirecionais.

A trama mais comum nos tecidos disponíveis no mercado é a plana, onde cada cabo passa sobre o outro alternadamente. Nesta trama, os cabos podem ser planos ou retorcidos nas duas direções ou mesmo plano em uma delas e retorcido na outra. 

Veja ainda se o tecido que você está procurando tem a mesma quantidade de fios nas duas direções, pois isto irá determinar se o tecido é balanceado ou não. Neste tipo de tecido, a abertura entre os cabos é essencial para o resultado final da laminação. 

Tecidos muito frouxos tendem a abrir buracos durante a laminação, oferecendo ao laminado áreas ricas em resina. A maioria dos fabricantes chama este fenômeno de porosidade. Outro tipo de trama comum de ser encontrada é a basket, onde, ao invés de um cabo, são utilizados dois, um ao lado do outro, para tecer uma trama plana.

Os dois outros tipos, com certeza, são os mais sofisticados e apresentam apenas poucas variações entre eles.  Na trama tipo Twill ou Satin, chamada em português de sarja, cada fio cruza duas, três, quatro ou mais camadas perpendiculares a esta. Se na sua configuração de construção ela cruza apenas duas vezes, a trama é chamada de Twill; se ela cruza três ou quatro é denominada Crowfoot.  Se durante a tecelagem os fios passam uns sobre os outros mais que cinco vezes, ela chama-se Satin, que normalmente podem ser cinco ou oito.  A última trama, pouco utilizada em laminados de barco, é a do tipo Leno, uma trama bem aberta onde os fios retorcidos conseguem manter a estabilidade do material.

Na tentativa de melhorar as propriedades do laminado, muitos construtores têm utilizado em embarcações tecidos híbridos, fabricados a partir de dois ou mais tipos de fibras, oferecendo a possibilidade de agrupar as vantagens dos materiais e minimizar as desvantagens. 

O termo híbrido significa que o material é feito a partir de dois ou talvez mais tipos diferentes de fibras. As vantagens de incorporar duas fibras em um tecido é que as propriedades finais do reforço aumentam devido ao ajuste das propriedades individuais de cada fibra. Por exemplo: se é necessário obter um laminado rígido com uma boa resistência ao impacto e um baixo peso, o construtor pode escolher um tecido híbrido de carbono com Kevlar^®. O carbono irá prover a rigidez e as fibras aramidas contribuirão com a resistência ao impacto.

No caso de se estar procurando o ajuste de propriedades mecânicas e custo, o mais comum é agrupar as propriedades do Kevlar^® com as da fibra de vidro.  De qualquer forma, a combinação de tecidos de fibra de vidro, carbono e Kevlar^® pode ser usada para otimizar propriedades mecânicas e custo. Geralmente estes tecidos híbridos são feitos por encomenda e podem ter também uma infinidade de combinações, dependendo basicamente de quanto dinheiro se quer gastar.  Os tecidos híbridos são encontrados nas tramas bidirecional, unidirecional, biaxial, triaxial e quadriaxial em gramaturas que variam entre 80 e 1800 g/m².

É cada vez mais evidente a necessidade de se alcançar um equilíbrio entre a preservação ambiental e a economia, de forma a satisfazer as necessidades do momento atual sem comprometer os recursos das gerações futuras. Essa tendência é presente também na indústria náutica, que cada vez mais deseja compreender o ciclo de vida de materiais compostos.

As fibras sintéticas tradicionalmente utilizadas na manufatura de materiais compósitos possuem eficiência estrutural ímpar, mas possuem alto custo energético em sua fabricação e, devido à sua natureza inorgânica, não é possível realizar a reciclagem das fibras.

O aprimoramento do uso de fibras naturais como reforços é um passo importante em direção à sustentabilidade ambiental por seu caráter reciclável, biodegradável e também pela possibilidade de reduzir resíduos e custos de produção, o que também pode aumentar a margem de lucro e apoiar a sustentabilidade industrial.

Há uma grande variedade de fibras naturais que podem ser cultivadas em diversos locais e condições. Suas propriedades mecânicas dependem de uma gama diversa de fatores, como sua composição química e física, a maturidade da planta da qual é extraída e o próprio processo de reparação, por exemplo.

Em números absolutos, as propriedades mecânicas das fibras naturais podem ser inferiores às das fibras sintéticas normalmente utilizadas. Suas densidades, no entanto, são comparáveis às fibras mais leves como a de aramida, ou seja, as propriedades específicas das fibras naturais são competitivas, se equiparando às das, amplamente utilizadas, fibras de vidro.

As propriedades específicas aliadas ao baixo custo, abundância de disponibilidade, renovabilidade e biodegradabilidade justificam o uso de fibras naturais em materiais compostos.

No entanto, o uso de fibras naturais apresenta um conjunto específicos de desafios. Em primeiro lugar, suas propriedades variam de forma drástica e dependem de fatores difíceis de serem controlados, como a composição do solo, clima da região de cultivo e defeitos microscópicos da fibra causados tanto por seu crescimento natural quanto pelo processamento do material.

Essa variação pode chegar a extremos de 500% no caso da resistência do algodão, por exemplo. Isso é um problema sério para o dimensionamento de um projeto e pode fornecer uma peça superdimensionada ou até mesmo não segura. Em geral, fibras naturais apresentam uma alta absorção de umidade, além de uma baixa resistência ao impacto e se decompõem a uma temperatura de 240°C.

Esses desafios não impedem o uso das fibras naturais, é necessário apenas encontrar soluções para elas. Por exemplo, existem tratamentos químicos para controlar a absorção de água pelas fibras e a adição de elastômeros ao composto é capaz de melhorar a resistência ao impacto.  Há diversos pesquisadores e segmentos da indústria dedicados a contornar esses fatores e tornar as fibras naturais cada vez mais presentes no cotidiano dos materiais compostos.