Autor: Barracuda Composites

Um dos maiores desejos do gerente de produção de um estaleiro é aumentar a produtividade e reduzir os custos de fabricação, mas esta não é uma tarefa fácil porque o processo de construção de um barco depende 100% da qualidade artesanal de cada um dos funcionários. Queira ou não, a construção de barcos não é um processo que possa ser totalmente automatizado, embora existam alguns fatores que possam cortar o tempo de fabricação, especialmente na laminação de peças grandes.

Em geral a produtividade de um laminador é baixa porque o processo de laminação utilizado até hoje nas fabricas de barco depende da habilidade da mão de obra que se tem disponível, porém mapear o tempo de cada etapa de construção é a primeira providencia para entender onde se pode aumentar a produtividade sem penalizar a qualidade. 

A preparação externa da laminação é um destes pontos onde se pode ganhar tempo de fabricação e reduzir o tempo de cura do laminado no molde. Dentro deste escopo o pré corte das fibras e das espumas de PVC tem um papel importante na redução do tempo total de laminação. Pré-cortar todas as fibras no comprimento e largura corretos fora do molde acelera tremendamente o tempo de laminação. As peças/rolos de fibra devem ser numeradas e identificadas para serem depositadas no molde sem ter que parar para pensar. O laminador deve decidir se a colocação longitudinal ou transversal das fibras é mais eficiente e mais rápida. 

Da mesma forma a utilização de kits pré-cortados de material sandwich é de grande importância para a otimização do processo. Muitos fornecedores oferecem as peças já cortadas e numeradas como se fossem um grande quebra-cabeças. O material de vácuo, caso o casco seja feito por infusão, também deve estar com os comprimentos e larguras definidos antes de se pensar em levar estes materiais para dentro do molde.

Infelizmente muitos laminadores tentam improvisar na hora soluções que já deveriam ser mapeadas anteriormente e não entendem que só improvisa certo quem já fez bem feito um milhão de vezes!

A maioria dos construtores acredita que fixar longarinas e anteparas no casco e convés necessita de laminação. Na origem da construção de barcos isto era até verdade, pois era a maneira mais segura de fixar estas estruturas no fundo e nos costados. 

E até hoje se utiliza essa técnica. O que sinceramente, não tem nada de errado além da “sujeira” que uma laminação secundária faz no laminado do casco ja pronto. 

É bem difícil que um laminador utilize resina nestes locais sem deixar vestígios de falta de limpeza. O trabalho com fibra de vidro e resina poliéster é assim, sempre muito “sujo”, deixando vestígios por onde se lamina. São poucos os construtores que tem capacidade de trabalhar com estes materiais e deixar as superficies limpas. 

Há um bom tempo, comecei a utilizar uma técnica que vêm sendo aprimorada desde então: Utilizar massa de resina epoxy para colar tais elementos estruturais sem necessidade da laminação. 

Depois de muitos testes de resistência e fadiga, descobrimos que esta técnica é mais confiável e rápida do que utilizar a laminação secundária com tapes de fibra de vidro. Além de ser muito mais limpa.

Atualmente, já existem adesivos próprios para isto. Um dos que comercializamos por exemplo, é utilizado em 100% das colagens de estruturas em pás de energia eólica. Pás de 50 a 80 metros de comprimento, sem a necessidade de laminação. 

Até porque, a geometria da pá não permite o acesso para a operação. 

Não dá para entrar na pá e laminar. Então, as longarinas e os bordos de fuga e ataque são colados com o adesivo (AR345). 

O procedimento é simples: O construtor deve aplicar o adesivo (que é bem “firme” e não escorre). Depois de acomodar a antepara ou longarina, fazer um filete com uma espátula para acertar a superfície.

O método é rápido e o resultado apresenta grande resistência e durabilidade.

Um dos maiores adventos da construção de barcos veio no início da década de 80 com a fabricação de tecidos unidirecionais.  Barcos de alta performance naquela década eram construídos com tecidos bidirecionais que eram fabricados com tramas onde as fibras de uma direção passavam em um sobe e desce contra as fibras da outra direção. Os tecidos eram fabricados em configuração de 0/90 graus como ate hoje se encontra no mercado em geral.

Com este tipo antigo de trama sempre ficava um excesso de resina alojado nestes espaços da trama das fibras o que aumentava a quantidade de resina necessária para não somente impregnar os filamentos dos tecidos mais para preencher estes vazios da trama e que acarretava também uma redução de resistência a tração e flexão.

Com o aparecimento dos tecidos unidirecionais este problema terminou porque construtores começaram a laminar os tecidos nas direções que realmente eram imprescindíveis e a quantidade de resina aplicada era somente aquele necessária para deixar o filamento impregnado.

Mais tarde, estas fibras unidirecionais começaram a ser tracionadas para diminuir ainda mais a quantidade de resina nos espaços vazios da trama. 

Com isso, a quantidade de resina utilizada nas laminações diminuiu significativamente, enquanto a resistência dos laminados unidirecionais produzidos aumentou em 40%.

Quem constrói utilizando o processo sandwich com laminação manual ou laminação a vácuo vai precisar em algum momento usar algum tipo de adesivo para a colagem do núcleo. Normalmente em construções de barcos a espuma de PVC é o material sandwich mais indicado e escolhido por 9 a cada 10 construtores. 

Dependendo do tipo de superfície, seja ela plana ou curva, o construtor poderá utilizar algumas técnicas para pressionar a espuma contra a camada externa do laminado que deve  estar 100% curada. Provavelmente o uso de pressão através de uma bolsa de vácuo é a maneira mais segura de garantir uma linha de colagem perfeita e durável.

Alguns construtores utilizam adesivos a base de poliéster e o mais famoso é o Corebond 700UHV que tem baixa densidade (35% menor que a resina poliéster) e promove uma colagem perfeita em qualquer tipo de geometria da superfície. 

O adesivo é fabricado com microesferas ocas e pode ser aplicado com espátulas. Normalmente para placas planas 1.2mm são suficientes mas para placas com cortes quadriculados serão necessários 2.0 kgs dependendo da espessura da espuma.

O adesivo Corebond 700UHV deve ser catalisado com Mekp na proporção de 1.5% para um tempo de trabalho de 45 minutos. Depois de aplicado e colocada a espuma deve ser aplicado vácuo a uma pressão máxima de 0.6 atm. 

Quem tem experiencia com laminação sabe julgar com boa precisão a quantidade correta de resina para impregnação de fibras de vidro ou fibras de carbono. Utilizar para laminação manual rolinhos ou mesmo trinchas não deixa muita opção para ajustar a quantidade de resina que o laminado vai precisar para ficar 100% impregnado.

Lembrando que a resistência a tração e flexão são diretamente proporcionais à quantidade de resina. Então, um laminado com excesso de resina tem propriedades mecânicas baixas. Porém, quando o laminado fica “seco” demais, tem a tendência a desenvolver baixa resistência a compressão e ao cisalhamento. Fica frágil na mesma proporção, mas com modos de falha completamente diferentes.

Assim alguns laminadores mais experientes tendem a utilizar espátulas para compactar as fibras. Certamente esta técnica vem da fabricação de pranchas de surf, onde não existe muito espaço para reduzir a quantidade de resina que o laminado precisa, e geralmente utilizando tecidos de baixa gramatura (80-120 g/m2). 

Fibras de carbono, principalmente as unidirecionais são também normalmente laminadas com o auxílio de espátulas plásticas ou de borracha. Esta técnica permite que as fibras sejam impregnadas na direção longitudinal dos filamentos aumentando o teor de fibras e criando uma compactação mais efetiva. 

Então: Qual o método que você utiliza? 

Uma das perguntas mais frequentes é: Como evitar erros durante a infusão? Principalmente quando o laminado não consegue ser impregnado em toda sua totalidade. 

Existem várias possíveis causas para isto. As mais frequentes são:

1. Falta de pressão inicial para começar a infusão. A pressão ótima para uma infusão é de 1 atm (14.7 psi) e ela deve ser verificada com um manômetro na parte mais baixa do laminado. Depois de conseguir esta pressão, o construtor deve fechar o sistema de vácuo e medir uma possível queda de pressão no sistema. Podem acontecer pequenos vazamentos no fechamento da bolsa de vácuo, ou mesmo furos se não for utilizado um filme plástico apropriado. Filmes plásticos “genéricos” tem a tendência a ter micro furos e não ter resistência aos vapores da resina.

2. Ter certeza que a permeabilidade da face superior do laminado é a mesma da parte inferior, para permitir que a resina tenha um escoamento constante nas duas faces. Caso a permeabilidade seja diferente, é possível que a resina ”ande” mais rápido em uma face que a outra.  Se ela chegar na linha de vácuo (por exemplo), na parte inferior a pressão vai diminuir e a parte superior ficará com várias áreas sem resina.

3. Sempre utilizar um “freio” no final da infusão. Este freio deve ser posicionado acerca de 100mm antes da linha de vácuo e deve ter baixa permeabilidade. Caso exista diferença de permeabilidade entre a parte superior e inferior do laminado este freio vai segurar o avanço da frente de resina e dar tempo de equalizar a impregnação nas duas faces.

Com o molde já preparado e encerado para o início da laminação, o primeiro passo é o corte das fibras. Normalmente o que se faz instintivamente é levar grandes pedaços ou rolos de manta ou tecido enrolados para dentro do molde e então ir esticando e cortando estes reforços ali mesmo. 

Isto logicamente pode até funcionar na construção de um ou dois barcos, mas se o trabalho requer uma fabricação em série, então este processo deve ser completamente abolido em uma fábrica moderna. Não existe hipótese de ser economicamente eficiente trabalhando dessa maneira, sem contar com a falta de limpeza e a lentidão do serviço. O procedimento correto inclui a retirada das principais medidas do molde e o pré-corte das fibras em um local externo.

De acordo com o desenho do molde o construtor deve cortar as camadas de fibras no formato que elas vão ser depositadas sobre o molde. Para fazer gabaritos de corte das fibras, deve-se começar por regiões grandes e simples no centro do casco e então caminhar para as extremidades.

O laminador deve marcar a localização da primeira camada no flange da fôrma de modo que seja conhecida a posição do tecido na hora de laminar. O tipo de fibra, direção e a ordem de laminação são determinados pelo projetista. Ao usar mantas, por exemplo, todas as emendas devem ser cortadas com uma superposição de mais ou menos 50 mm.

Note que 50 mm correspondem a quase 5% de peso de fibra adicionada ao casco. Qualquer variação dessa largura implicará em mais resina, mais trabalho e maior custo do produto final. Como normalmente os laminadores não se preocupam em manter constante esse valor, o resultado final será certamente o aumento de peso.

Na construção de embarcações é comum que a primeira camada de manta seja colocada no sentido transversal e a segunda no sentido longitudinal. As camadas seguintes devem alternar o sentido das fibras, entretanto cada construtor deve ter o seu próprio padrão de colocação dos tecidos. Construtores profissionais tendem sempre usar os tecidos na direção longitudinal do molde para reduzir a quantidade de superposições. O desenho de gabaritos de cada camada permite evitar a localização muito próxima de emendas nas camadas uniformizando a espessura do laminado.

O procedimento de laminação transversal é muito útil para principiantes, pois é bem mais fácil, e requer menos trabalho depositar as fibras neste sentido, entretanto a quantidade de superposições será maior, assim como o peso e o custo final. Como a maior parte dos tecidos tem uma direção preferencial, e esta é sempre aquela na direção longitudinal, é possível prever que a deposição de reforços na direção transversal não é a melhor ideia.

O construtor deve ter em mente que a economia de peso não deve ser preterida por nenhum outro fator. O plano de laminação pode ainda determinar a orientação de algumas camadas direcionadas em ±45º, ou ainda direções específicas para laminações de camadas unidirecionais ou tecidos híbridos. No caso de utilização de tecidos biaxiais, que possuem gramatura balanceada nas suas direções, não é preciso mudar a direção de colocação dos tecidos sobre o molde.

Pode parecer inacreditável, mas a quantidade de material que se perde em pré-corte mal feito e superposições mal calculadas pode chegar a mais de 20% da fibra utilizada dentro do barco sem qualquer função estrutural. Dessa forma é incrível alguns construtores fazerem o máximo para poupar na utilização de matérias-primas de boa qualidade e relaxarem na observação de detalhes que consomem grande ou toda lucratividade do seu negócio.

Dependendo da qualidade do molde e do gelcoat, o brilho e aparência inicial podem durar sem qualquer manutenção por dois ou três anos. Invariavelmente, após cinco anos, o barco apresentará um acabamento pálido e desbotado, mesmo que só seja perceptível quando ele estiver ao lado de um barco novo.

Após mais alguns anos sem manutenção, a aparência não será mais aceitável à maioria dos proprietários. Nesta situação, a superfície do barco estará cansada e implorando por uma pintura. Lembre-se de que nada dura para sempre. A variação climática e o meio ambiente desgastarão a superfície do gelcoat tornando a estrutura da fibra de vidro vulnerável.

A regra básica para conservar a superfície do gelcoat é mantê-la protegida das intempéries do meio ambiente, que são os maiores fatores de deterioração do aspecto estético de um barco. Se o seu barco é guardado em local aberto e exposto ao sol, a melhor proteção é uma capa, que deve ser estendida bem abaixo da borda. 

Prefira tecido acrílico com protetor de raios UV, mas se usar materiais plásticos lembre-se de que estes não são permeáveis e podem suar, retendo a umidade embaixo da capa. As extremidades devem ser abertas para ventilação, mas prevenindo a entrada de chuva.

Convés, cabine e cockpit devem ser cobertos tão bem quanto o costado. 

Barcos guardados em local seco devem estar bem apoiados, de forma que os berços estejam posicionados sob anteparas ou cavernas. É intuitivo pensar que um barco de fibra pode ser guardado flutuando sem nenhum problema, o que não é verdade. A fibra absorve água lentamente levando a um efeito de osmose, podendo criando bolhas no casco. Isso é comum em barcos mantidos continuamente dentro d’água durante anos, entretanto, este é um processo bem lento e não criará grandes problemas se o barco for retirado de tempos em tempos para secar.

As primeiras espumas de PVC apareceram comercialmente para venda no início de 1980. Existiam somente duas marcas: Klegecell e Divinycell. A primeira de uma coloração avermelhada, e a segunda, uma cor bege para todas as densidades. O processo de fabricação era ainda bem primitivo e a configuração das células, desigual. 

Com o tempo, o processo de fabricação foi sendo aperfeiçoado. As duas marcas se fundiram e apareceram outros fabricantes disponibilizando o mesmo produto. Com o aumento das opções de densidade (45-48-55-60-80-90-100-130-160-200-250 kg/m3) era evidente que as espumas precisavam de uma codificação.

A maioria dos projetos de barcos utiliza duas ou mais densidades de espumas. E depois do pré-corte, já não se tinha mais como saber qual era a densidade da espuma, uma vez que todas as densidades possuíam a mesma cor.

Por isto, um dos fabricantes decidiu codificar as espumas com cores, o que facilita muito o construtor durante o processo de fabricação, assim como o controle de qualidade, já que permite verificar, mesmo após a construção, se a espuma utilizada naquele local tem a densidade especificada no projeto. 

Está claro que o grau de cura do laminado de uma embarcação e a quantidade de interligação das moléculas da resina dependem da duração e da temperatura de pós-cura ou a exposição do laminado a uma temperatura superior a de sua utilização (raios solares). 

Entretanto, o grau de interligação, ao contrário do de cura, é influenciado também pela taxa de aquecimento. É por isso que os incrementos de temperatura devem ser lentos e graduais. Aquecimentos bruscos liberam radicais em excesso e bloqueiam a interligação.

A pós-cura deve ser feita da seguinte maneira: a temperatura deve ser determinada em função da resina e da duração do processo. A recomendação é que ela seja maior que o Tg (máxima temperatura de transição vítrea) da resina. 

A taxa de aquecimento deve ser gradual para evitar excesso de radicais livres, na taxa de 2⁰ C/min. A duração da pós-cura depende da temperatura de exposição. Se a temperatura for maior que o Tg o processo não precisa exceder 3 horas, sendo 1 hora para aquecimento, 1 hora para a pós-cura propriamente dita e 1 hora para o esfriamento. O laminado deve ficar pelo menos 1 hora em uma temperatura acima do Tg.. 

Embora não seja recomendado, muitos construtores perguntam sobre a possibilidade de pós-cura de laminados sujeitos à exposição solar, mas isto tem muito pouca influência sobre as propriedades finais e cosméticas do laminado.

O grau de interligação ou cura tem relação com a temperatura de transição vítrea. Mesmo deixando um laminado exposto à temperatura externa, ele dificilmente consegue atingir o Tg da resina e, infelizmente, não existe nenhum benefício nisto. O gráfico abaixo mostra o grau de cura contra o tempo de exposição e temperatura.  Pelo gráfico abaixo notamos que um laminado exposto durante 4 meses a exposição do sol (aproximadamente 30 graus C) tem efeito muito menor do que executar uma pós-cura a 90 graus C. 

Resinas epoxy tem um comportamento bem diferente das resinas poliéster ou estervinílicas durante o processo de infusão. A exotermia das resinas epoxy implica em projetar uma estratégia de infusão completamente diferente.

As resinas epoxy quando misturadas ao endurecedor confinadas nos recipientes (baldes ou mesmo tambores) para iniciar a infusão iniciam uma reação violenta e extremamente exotermica que reduz o tempo de trabalho se a resina nao for movida imediatamente para dentro da peça a ser infundida.

O teste principal é fazer uma infusão de um laminado semelhante com um comprimento de ate 1200mm e medir a velocidade e a temperatura da resina dentro do tambor (com um termômetro infravermelho) e dentro da peça (instalando um termopar na superfície).

Com estas informações vai ser possível o construtor determinar o número de linhas dentro da peça e o diâmetro das linhas de suprimento de resina. Não adianta usar um endurecedor muito lento para uma infusão de 40-50 minutos porque a resina vai ficar dentro do sistema que estará sempre suscetível a um vazamento no sistema de vácuo e perda total da peça infundida!

No último post falamos sobre a infusão com resinas epoxy comparando os dois tipos de exotermia (desenvolvimento da temperatura durante a cura) das resinas epoxy e poliéster, entretanto, o construtor que vai utilizar resinas epoxy para infusão deve ter em mente a alta reatividade deste tipo de material.

Ao contrário das resinas poliéster que tem um comportamento bem regrado e uma cura de aumento de temperatura e geltime bem controlada, as resinas epoxy são muito diferentes. Elas são, como eu posso dizer, assim explosivas! Mesmo resinas epoxy com um geltime de 2 horas quando preparadas em um tambor com 50, 100 ou 200 kgs para realizar uma infusão de um barco de 40 ou 50 pés podem surpreender e na realidade apresentar um geltime de apenas 30 minutos devido à alta explosividade da curva de cura.

Mesmo fazendo testes de geltime com resinas poliester com 100 gramas de resina e 2% de catalisador a reprodução do nível de exotermia durante a infusão vai ser bem semelhante. Um pouco mais rápido, mas ainda assim semelhante. É por isto que para sistemas de infusão é sempre recomendado testar o geltime com 500grs de resina para criar um ambiente fechado onde a energia de reação seja semelhante a de um tambor de 50 kg de resina. Muitas infusões de barcos grandes necessitam de 1-2 ton de resina divididas em “baldes” de 100 kgs o que modifica radicalmente a curva de temperatura da polimerização da resina.

No caso das resinas epoxy isto é muito mais crítico. Um pot life com resina epoxy na temperatura de 25 graus C° pode mostrar um geltime de 60 minutos, enquanto um volume muito maior pode reduzir isto drasticamente. Assim o número de linhas de injeção de resina deve ser bem maior para proporcionar tempo suficiente para a resina entrar no laminado antes de começar a polimerizar. 

Outro problema que ainda é mais importante é que o nível de vácuo durante a injeção deve pemanecer em 100% ou pelo menos 720mm/hg para que a resina epoxy não seja drenada pela linha de vácuo ou a entrada de ar no sistema produza uma peça seca que deva ser descartada.