Autor: Barracuda Composites

Uma pergunta que recebemos quase que diariamente na Barracuda é “Qual o tipo de grooving (Corte) mais eficiente na construção náutica” e resposta é que não existe um corte que seja essencialmente melhor do que os outros. Existe uma grande variedade de groovings e suas eficiências dependem do processo de laminação e da geometria da peça a ser laminada.

O primeiro tipo de corte que podemos exemplificar é o GSP, que é a nomenclatura utilizada para placas planas sem nenhum tipo de ranhura. Esse tipo de placa é muito utilizada como núcleo de longarinas das embarcações, principalmente nas menores densidades como 40, 45 e 60 kg/m³.

A placa GSP tem uma variação chamada GSP Perfurada, indicada para laminação por vacuum bagging. As perfurações na placa permitem que todo o ar que possa ter ficado enclausurado nas primeiras camadas de tecido e também entre o tecido e o núcleo possa ser retirado.

A placa do tipo GSP Perfurada também pode ser utilizada na laminação com tecidos pré-impregnados (prepregs) mas é sempre necessário prestar bastante atenção na temperatura de distorção térmica do tipo de espuma que está sendo utilizado para que não aconteçam deformações durante a cura do prepreg, que precisa ser realizada em alta temperatura.

Outro tipo de corte muito comum é o DC, ou “Double Cut”, que é projetado para laminação manual e recebe ranhuras nas duas faces.

As ranhuras das placas DC são profundas e chegam a pouco mais do que a metade da espessura da placa e como o núcleo é fixado na camada externa do laminado com adesivo de colagem, essas ranhuras devem ser suficientes para que o adesivo preencha essa área e o excesso passe para a face de cima da placa através dos furos ocasionados pelo encontro dos frisos nas duas faces.

As placas ranhuradas para infusão recebem o nome de DCI, que significa “Double Cut infusion”. Nesse caso, as ranhuras são muito menos profundas que as das placas DC e devem ser suficientes para aumentar a permeabilidade do laminado e garantir que toda a peça possa ser impregnada com sucesso.

Esse tipo de placa também recebe perfurações para que a resina consiga fluir bem nas duas faces e as frentes de avanço de resina estejam sempre iguais nas faces de baixo e de cima da placa.

Esse tipo de corte deve ser muito bem feito, pois quando a qualidade do corte é ruim ou a espessura e profundidade dos frisos são grandes demais, esses frisos acumulam muita resina, o que gera acúmulo de calor e é muito provável que a peça fique com sua superfície marcada.

E, por último, outro tipo de corte também muito comum é o GS que é projetado para moldar em áreas curvas.

Esse tipo de placa é frisada somente em uma das faces e os frisos tem a profundidade quase igual a espessura da placa. A face de baixo da placa recebe uma tela de poliéster que garante que a placa não se separe quando flexionada.

Esse corte é muito utilizado em infusão a vácuo, principalmente em energia eólica e também para laminação manual. Quando utilizada no processo de infusão a vácuo, é muito importante que sejam realizados testes de permeabilidade na placa com cortes tipo GS, para garantir que todo o laminado seja impregnado.

Quando o objetivo é realizar uma grande infusão, um pequeno erro no dimensionamento ou posição das linhas de vácuo e resina pode causar a perda total da peça e um grande prejuízo. Por esse motivo a utilização de simulações computacionais se torna fundamental para garantir o sucesso do processo.

O objetivo da simulação é determinar com precisão o melhor layout de infusão e o tempo exato que a resina levará para impregnar todo o laminado. Como premissas, o programa leva em consideração a geometria da peça, a pressão de vácuo aplicada, a viscosidade da resina, a porosidade das matérias primas e a permeabilidade do laminado.

O sucesso da simulação depende da qualidade dos dados utilizados na simulação. Para começar, o modelo 3D da peça deve ser completamente fiel a peça final para que toda a geometria seja levada em consideração.

A diferença de pressão exercida pelo vácuo também deve ser fiel a utilizada na infusão final. Podemos simular uma super infusão levando em conta 1 atmosfera negativa de pressão sobre o laminado e na hora da infusão utilizarmos uma bomba de vácuo ineficaz e um molde cheio de vazamento que nunca serão capazes de entregar o resultado esperado.

Outro fator muito importante é a temperatura ambiente na hora da infusão, é sabido que as resinas costumam dobrar a viscosidade a cada 5°C a menos do que a temperatura informada no datasheet e reduzir na metade a viscosidade a cada 5°C a mais. Com isso é muito importante que a resina fique condicionada à temperatura mais próxima possível dos 25°C em fábricas situadas em lugares com temperaturas ambiente muito altas ou muito baixas.

Os dados de porosidade e permeabilidade precisam ser medidos através de testes práticos de infusão em corpos de prova. Esses testes precisam ser realizados em todos os tipos de laminados da peça e os dados gerados serão utilizados para alimentar a simulação de fluxo e com isso determinar a velocidade e comportamento da infusão em toda a peça.

Com todos esses dados corretamente inseridos, o programa irá utilizar uma versão da Lei de Darcy para determinar com exatidão o tempo final da infusão e o comportamento da frente de resina, possibilitando que o construtor não corra riscos durante a construção da peça final.

Uma das escolhas mais importantes ao se construir um barco de materiais compostos é o processo a ser utilizado. Isso porque ele pode definir o teor de fibra, a qualidade e a espessura final do laminado além de características relacionadas à produção, como o tempo de laminação, capacidade de repetibilidade e automatização e mão-de-obra necessária.

O método de laminação manual utilizando moldes tipo fêmea é, sem dúvida, o método mais antigo utilizado na produção de barcos em fibra de vidro. É muito utilizado ainda hoje por construtores que acreditam que podem obter sucesso, inclusive financeiro, utilizando uma tecnologia de meio século atrás. 

Na maioria das construções por laminação manual os reforços usados são as formas básicas de vidro tipo E, como mantas e tecidos nas formas de combinados multiaxiais. É perfeitamente possível também utilizar reforços de fibras de alta performance com esse processo, mas outros métodos de produção mais sofisticados, que envolvem o uso de pressão e temperatura, e que requerem um maior controle da qualidade final do laminado são mais indicados para o uso destes materiais. 

A primeira etapa do processo de laminação manual é a aplicação de cera desmoldante para garantir a separação entre a peça laminada e o molde. É preciso realizar o pré-corte dos tecidos, mantas e materiais sandwich.  É importante ressaltar que é necessário do uso de sobreposições de no mínimo 50 mm na laminação de reforços de vidro, mas que não é incomum que essas sobreposições sejam maiores para acelerar o processo, o que faz com que a peça final tenha um peso maior que o esperado. 

Com o desmoldante aplicado e os reforços preparados, é necessário aplicar o gelcoat sobre o molde e então realizar a laminação do skin coat. Só então se inicia o processo de laminação dos reforços estruturais.  A quantidade e deposição dos reforços deve ser feita em estágios que dependem não só do gel time da resina, mas também do tipo de resina e das condições ambientais. 

A técnica básica de laminação se resume em utilizar resina suficiente para impregnar as mantas e tecidos previamente cortados, pressionando-os firmemente em sua posição. Depois da impregnação, o laminado pode ser compactado com o rolo de metal para remover qualquer bolha de ar que esteja presa. Os rolos devem ser usados molhados em resina, fazendo movimentos de ida e volta na extensão da área de trabalho à medida que a manta seja impregnada.

Logo que a resina inicie o estado de gel, o trabalho deve ser interrompido ou o laminado poderá se mexer, possibilitando a criação de espaços vazios. É necessário então limpar a ferramentas de laminação antes que a resina gelifique. 

Não é coerente falar que o processo de laminação manual não é capaz de produzir barcos viáveis sendo que ele é utilizado por diversos estaleiros há muitas décadas. No entanto, é importante ressaltar seus pontos fracos. As propriedades finais das peças dependem muito da habilidade do laminador, o que significa também que a repetibilidade do processo é bastante limitada. A quantidade de vazios dentro do laminado é grande, o que prejudica a qualidade das peças. Além disso, o teor de fibras máximo que pode ser alcançado é de 40%, produzindo um laminado com excesso de resina e excesso de peso, por consequência. 

Como me disse um grande construtor, a fabricação de moldes se enquadra no conhecido enunciado de que para todo problema complexo existe sempre uma solução simples, rápida e errada! Ao contrário do que muita gente pensa, a construção de moldes não é uma arte mas sim uma ciência. Existe um script que funciona e se você segue esta receita a chance de sucesso é grande. Qualquer tentativa de cortar caminho é certeza de que em alguma hora você vai se deparar com um problema, que na maioria das vezes tem uma solução cara.

Ter um projeto adequado com as linhas geradas por computador e cortado com precisão de 0.001% é como os construtores profissionais fazem hoje em dia. Já foi o tempo que se construía um modelo de um barco de 30 pés a partir de um casco antigo de 20. Depois pegava o casco de 30 pés, cortava no meio e crescia mais 10 pés e aí tinha um barco de 40 pés. Já vi uma vez um barco de 65 pés ser construído a partir de um casco velho de 34 pés. O resultado desta empreitada eu não preciso nem dizer.  O problema é que muita gente da velha guarda ainda não consegue visualizar as vantagens de se ter um sistema onde o projetista pensa e o construtor executa. Muitos construtores do passado têm enorme dificuldade de entender um plano de linhas ou um desenho 3D e preferem virar um casco antigo de cabeça para baixo e começar uma incrível operação de estica-e-puxa.

Um bom projeto é fornecido com as seções ajustadas para o corte em CNC em madeira prensada do tipo MDF. Em seguida a montagem da base e das cavernas são feitas com precisão milimétrica. Depois o casco é forrado com ripas longitudinais e madeira de modo que se tenha uma superfície exata e fiel do desenho do projetista. Sobre esta superfície é aplicada algumas camadas de fibra de vidro e depois massa. Muita massa e muita lixa. Mais lixa do que massa. Quando a superfície estiver impecável é aplicada a última camada de tinta que vai deixar o modelo pronto para a fabricação do molde. Como este mesmo construtor diz, só improvisa quem já fez certo um milhão de vezes.

O sucesso comercial de muitas peças produzidas com materiais compostos laminados está atrelado ao seu apelo estético, tanto em barcos quanto em aviões e automóveis. No processo de laminação manual, a primeira camada sobre o molde é o gelcoat e em seguida é aplicado o skin coat, que pode variar caso a caso entre 600 g/m² e 900 g/ m² de manta de fibra de vidro e resina poliéster.  

Usar um laminado mais espesso no skin coat é aceitar ter uma penalização de peso mas também reduz a possibilidade de ter boa parte do laminado impresso pelo lado externo do laminado. O skin coat deve ser aplicado com uma resina de comprovado alto valor de HDT (temperatura de distorção térmica) para suportar sem prejuízos a liberação do calor causada pela cura exotérmica da resina de laminação que pode causar temperaturas de até 80°C.

O laminado do skin coat deve ser composto por mantas de fibra de vidro, mas neste ponto existe um dilema que deve ser enfrentado cedo ou tarde por qualquer construtor. A função básica das camadas cosméticas do laminado é proporcionar um acabamento exemplar e fornecer uma barreira para evitar a osmose quando é necessário o contato com água e umidade. No entanto, quanto de fibra e resina é o suficiente?

Poucas camadas podem comprometer o acabamento estético, mas muitas camadas podem comprometer o peso final da estrutura. Um skin coat à prova de problemas cosméticos pode ser executado com duas camadas de manta 300 g/m² e mais duas camadas de manta 450 g/m². A próxima camada a ser laminada pode então ser um tecido biaxial combinado com manta que deve ter entre 225 e 300 g/m². Nesta configuração, o construtor vai ter um laminado de baixa resistência com 5 kg/m² de peso sem contar o gelcoat, o que representa o acréscimo de quase 800 kg no casco de um barco de 60 pés de comprimento.

O uso de um processo estável de laminação, como a infusão, possibilita ao construtor reduzir ao máximo a gramatura da camada de acabamento externo. Em alguns casos, é possível usar somente uma manta de 300 g/m² que vai ser depositada junto com o restante do material de infusão. Um outro ponto a ser considerado durante a elaboração do skin coat é que laminar manualmente uma grande quantidade de fibra sobre o gelcoat significa um consumo de energia e tempo gigantesco.

As resinas éstervinílicas possuem características mecânicas e custos intermediários entre as resinas poliéster e epoxy. A química dessas resinas foi desenvolvida no final da década de 1950 e início de 1960 por vários pesquisadores e cada uma delas teve uma formulação diferente. As primeiras eram tão reativas que não tinham tempo de vida suficiente para serem utilizadas. É importante salientar que a resina éstervinílica tem sua origem numa resina epoxy, que utiliza um radical bisfenol do tipo A e epicloridrina. As resinas éstervinílicas utilizam um substrato diluído em derivados acrílicos e monômero de estireno.

Ao contrário das resinas poliéster que são formadas a partir de repetidas moléculas de ésteres, as éstervinílicas apresentam essa estrutura apenas na ponta de suas cadeias, o que fornece propriedades superiores. Os grupos ésteres são ligações fracas e podem ser atacadas pela água, o que resulta em baixa resistência química e na hidrólise. No cotidiano da náutica, isso pode ser observado por meio dos problemas de blistering em barcos, que são a formação de bolhas devido à degradação da matriz de resina pela ação da água.

Outras vantagens em relação a presença de grupos ésteres apenas na ponta das cadeias é a garantia de maior capacidade de deformação, maior resistência ao impacto e maior vida útil sob fadiga. As resinas éstervinílicas possuem excelente desempenho mecânico, dureza e boa resistência à hidrólise e a produtos químicos básicos já que têm como base resinas epoxy. No entanto, seu processamento é um pouco mais difícil em comparação à resina poliéster e seu custo um pouco mais alto.

O mecanismo de cura dessas resinas é muito similar ao das poliéster insaturado, pois utilizam o mesmo solvente de estireno. O processo de gelificação e a cura da solução das resinas de poliéster ou estervinílicas acontece através de uma reação onde há liberação de radicais livres. Para tanto, usa-se um catalisador do tipo peróxido, que inicia uma reação de ligações cruzadas responsável pela formação da matriz tridimensional.

Quando a reação cruzada começa, o movimento da solução se torna restrito depois de determinado tempo, saindo do estado líquido para o estado de gel. Esse tempo é chamado de gel time, que é efetivamente o tempo que se tem para trabalhar a resina. Nessa reação cruzada (cross-link), as cadeias de polímeros começam a se ligar ao monômero de estireno e este a outros pontos com duplas ligações, e assim sucessivamente, formando um sólido, uma massa compacta que não irá se fundir mesmo com a exposição à temperatura, por isto ele é chamado de termofixo.

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.

As resinas epoxy são uma classe de resinas termofixas com amplo espectro de viscosidade, reologia e velocidade de cura, o que possibilita seu uso em uma grande variedade de aplicações como, por exemplo, resinas de laminação, adesivos, selantes, tintas e vernizes. Por incrível que pareça, apenas 5% das resinas epoxy consumidas no mundo são utilizadas para laminação de materiais compostos e desse universo 95% é utilizada na fabricação de pás eólicas.

Gráfico 1. Uso da resina epoxy no Brasil

Resinas epoxy podem ser definidas como todas aquelas em que as ligações químicas ocorrem através de grupos de radicais epoxy. No estado básico, essas resinas podem ser líquidas ou sólidas. No estado sólido, elas são termoplásticas, com a habilidade de serem dissolvidas pelo calor e endurecidas pelo resfriamento. Sua conversão em uma resina termofixa ocorre através do processo de polimerização pela adição de um endurecedor que inicia uma reação irreversível de ligação entre as moléculas. Os endurecedores compõem parte da estrutura polimérica final da resina, portanto sua escolha possui influência no desempenho mecânico das peças finalizadas.

A taxa de resina/endurecedor é muito diferente de outras resinas e, dependendo do sistema utilizado, pode variar em 100:12, 100:25, 100:30 e até mesmo 100:50 partes em peso de resina e endurecedor. Para o construtor de barcos as resinas que costumam apresentar melhores características mecânicas a temperatura ambiente costumam variar a proporção resina endurecedor de 100:26 até 100:33.

O gel time da resina epoxy pode variar entre poucos minutos e várias horas, conforme a necessidade do construtor. Essa grande vantagem em relação a outras resinas pode ser controlada pela escolha do tipo de endurecer, que pode ser lento, médio ou rápido. Uma combinação de endurecedores pode ser utilizada para que se alcança um tempo de gel adequada para uma determinada peça. Um erro muito comum cometido pela maioria dos laminadores é aumentar ou diminuir a proporção de endurecedor indicada pelo fabricante para modificar o tempo gel. Ao contrário das resinas poliéster e estervinílicas, a resina epoxy não pode sofrer alteração na proporção de endurecedor pois a cura final do laminado será seriamente afetada.

Com seu gel time variando entre 15 minutos e 12 horas, as resinas epoxy possuem formulações adequadas para laminações manuais, vacuum bag e até mesmo infusão.

Há uma certa resistência por parte dos construtores de barcos de produção seriada em usar resinas epoxy por questões de custo, mas atualmente já se encontram opções com propriedades mecânicas excelentes para laminação e cura à temperatura ambiente com um custo bem acessível. No entanto, a resina é apenas uma pequena parte do custo total do barco. No caso de utilização de fibras como Kevlar® e carbono, este valor é uma pequena parcela a ser considerada pelo aumento significativo de performance no laminado.

Se esse tipo de resina for utilizado com precisão é possível se obter teores de resina até duas vezes menores que nos laminados convencionais em resina poliéster, o que também proporciona melhores propriedades mecânicas e necessidade de uma quantidade menor de fibras de reforço para o mesmo trabalho. Assim, computando o peso final do laminado, peso da resina, resistência e velocidade de construção, é possível concluir que a diferença em termos de custo das resinas poliéster e epoxy pode não ser tão discrepante.