Fibras_E2

NCA-916 Materiais Compostos

Compósitos Carbono/Carbono Term ermo o Est Estrut ruturad urados os

Prof. Dr Dr.. Kássio André Lacerda

APLICAÇÕES APLICAÇÕES DOS COMPÓSIT COMPÓSITOS OS TERMOSTRUTU TERMOSTRUTURAIS RAIS

Sistemas de Proteço !érmica A"#ati$os

%reios p& %1 e a$i'es

(oca# de motor de fo)*ete


Matriz + Metais Cer,micas Car"ono

Reforços = fibras + Car"ono Cer,micas

Interfase + %*s$e# mec,nico Prote)e a fi"ra Compósitos termo-estruturais Materia# no-frá)i# a partir de componentes frá)eis Prof. Dr Dr.. Kássio André Lacerda

NCA-916 Materiais Compostos Arquitetura fibrosa de um compósito reforçado com fibras longas

%ios dos tecidos

%e#tro Ar3*itet*ra fi"rosa

Amostra de C&C  /0D 2  A)*#4a)ens 2 Prof. Dr. Kássio André Lacerda


Prof. Dr. Kássio André Lacerda



5D renderin)s of partia## densified e7tract 89:9:6 pi7e#s5;

Método de produção por CVI

Reactor and preform

Preform pores

Chemica reactions Various transport modalities :

Diffusion

Ballistic (or rarefied)

Viscous


Corrosão por ablação

Re-entry body



De)radaço Matri<

De)radaço fi"ra





Reforços Estruturais Fibras-Sintéticas e Naturais Prof. Dr. Kássio André Lacerda

NCA-916 Materiais Compostos •

tili!ação de diferentes composiç"es minerais na produção de fibras# $ase Si%& 'ó(idos de Ca) na) Fe) *l e $+, São *%RF%S

• • •

Vidro E (elétrico) : mais utili!ado - bom preço Vidro C (corrosão) : Resiste a corrosão Vidro S (super) : aior ódulo de .oun - caro

!an3*e = e#e$adas !emperat*ras

h

Pt

01 2333 m/min 4i5metro# 6 7idro nos tan8ues) 7iscosidade e di5metro dos orif9cios Prof. Dr. Kássio André Lacerda

NCA-916 Materiais

Como são feitas as fibras de Compostos vidro


NCA-916 Materiais Compostos Composição do 0idro tili!ado para Fabricação de Fibra

+ > ?#étrico C > Corroso S > S*per-$idro SiO2 !2O" CaO M&O 'a2O *a2O" *aO

Vidro Vidro Vidro E C S

52,4 #4,4 #%,2 4,6 $,( #$,6 -----

64,4 4,# #",4 "," ),6 4,% $,)

64,4 25,$ ----#$," $," ---------

!ipo S+ A#tas resist@ncias = traço e !emperat*ra Prof. Dr. Kássio André Lacerda

Propriedade Densidade (g/cm3)

Vidro E

Vidro D

Vidro R

Vidro AR

NCA-916 Materiais Compostos 2,60 2,14 2,53 2,68

Vidro C 2,53

:RT 'pa+ Filamento 0irem

;<33

&=33

<<33

;333

-

:RT 'pa+ Filamento imprenado

&<33

2>=3

;>33

-

-

ódulo de Tensão 'pa+

?;333

==333

@>333

-

-

ResistAncia B ruptura '+

<)=

<)=

=)&

-

-

ConteDdo umidade '+

3)2

3)2

3)2

3)2

-

Conduti7idade térmica '/m,G+

2,3

-

-

-

-

Coeficiente e(pansão térmica linear '&3-233HC+

=)3(23->

;)=(23->

<)3(23->

=)3(23->

I<)3(23-?

m/m/G

m/m/G

m/m/G

m/m/G

m/m/G


Características 0idro E

Desde 19!" a fibra de vidro tem sido considerada um dos materiais do futuro por causa de suas #ualidades dielétricas: o isolamento de condutores elétricos su$eitos a temperaturas altas era fornecido por filamento de vidro E" usado so%in&o ou em associa'ão com verni% ou resinas sintéticas" com sua primeira aplica'ão industrial em lara escala *ibras de vidro E é o tipo mais comumente usado" tanto na ind+stria t,-til como em compostos onde responde por 9!. dos refor'os usados

0idro 4

Compostos a base de vidro D t,m muito bai-as perdas elétricas e são então usados como um material #ue é perme/vel a ondas eletromanéticas " com benef0cios muito importantes em termos de caracter0sticas elétricas *ibra de vidro D é usada na fabrica'ão de radomes" $anelas eletromanéticas" e superf0cies de circuito impressa de alto desempen&o

0idro R

Este tipo de filamento foi criado a pedido dos setores leadin2ede: avia'ão" espa'o e armamentos Satisfa% as e-i,ncias deles em termos de comportamento de materiais em rela'ão 3 fadia" temperatura e umidade  Devido a seu alto desempen&o técnico pode ser usado para refor'ar l4minas de rotor de &elic5ptero" os c&ãos de avi6es" tan#ues de combust0vel de fouete" pro$éteis e lan'adores de pro$étil Desenvolvido principalmente para estas aplica'6es" também ac&ou outras sa0das" por e-emplo na ind+stria de esportes e la%er" transporte e blindaem bal0stica

0idro *R

*oi desenvolvido especialmente para refor'ar cimento Seu alto conte+do de 5-ido de %irc7nio oferece resist,ncia e-celente para as compostos alcalinas erados durante secaem 8efor'o de cimento com filamento de vidro 8 d/ m5dulos mel&orados de ruptura com durabilidade boa sto sinifica #ue modelaem feita em ;8C (cimento com refor'o de vidro) pode ser muito mais leve plica'6es principais são: substitui'ão de amianto em telados e coberturas" painéis de revestimento e componentes de constru'ão

0idro C

Vidro C é usado para a produ'ão de mantas de vidro para as #uais são re#ueridas propriedades de resist,ncia 3 corrosão (como envolt5rio e-terno anti2corrosivo de tubula'6es" superf0cie de tubos compostos) Prof. Dr. Kássio André Lacerda



ormas Comeriais



I*RS .+ CR*O'O



(ain  Compan0 Potencia# de Di$ersificaço da Bndstria *mica (rasi#eira+ Ee#atFrio G H %i"ra de Car"ono0p. 5I0 /1G0 dispon$e# em+ J4ttp+&&."ndes.)o$."r&Site(ND?S&e7port&sites&defa*#t &"ndespt&a#erias&Ar3*i$os&prod*tos&don#oad&aepfep&c4amadap*"#ica%?Pprospec511*imicosEe#atGcar"ono.pd 0 acessado em+ o*t&/1.




















NCA-916 Materiais Compostos Jbriefin noteK 2L

Matente das Fibras de Carbono 'FC+  Tomas Edison J2@@3KO Mrodução comercial J2I>3,,,KO atérias-primas 'poliacrilonitrila 'M*N+) fibras de celulose J7iscose raPon) alodãoK) pic6es Jpetróleo e alcatrão de 6ul6aK+O Classificaç"es# Mropriedades ec5nicas ( Temperaturas de Mrocessamento# Descrição

Módulo E / GPa

Resistência/módulo

Temperatura Processamento / C

Ultra-alto módulo (U!)

" 500

'lto módulo (!)

300-500

5   *10-3

#i$o 1 & 2000

!ódulo %ntermedi+rio (%!)

 300

1 * 10-2

#i$o 2 & 1500

ai*o módulo (.!)

 100

Descrição

Resistência Tração / Gpa

Resistência/riide!

Temperatura Processamento / C

Ultra-alta resistncia (U)

5,0

2  3 * 10-2

#i$o 2 & 1500

'lta resistncia ()

2,5

1,5 - 2,0 * 10-2

#i$o 3 " 1000

#i$o % & 2000

#i$o 3 " 1000


NCA-916 Materiais Compostos FIBRAS DE C PODEM SER PRODUZIDAS DE 3 FONTES PRINCIPAIS Ra/on 01isose  e!u!ose 3e a!&o3o

Fibras de C produzidas a partir de celulose apresentam baixas propriedades mecânicas e raramente são empregadas em situações que demandam altos módulos elásticos . Produção de fibras economicamente mais iáeis.

L?O N?!Q0 %#amnioR PAEDBNB0 L*i< C#a*dio. CompFsitos estr*t*rais+ ci@ncia e tecno#o)ia. . So Pa*#o+ ?. (#c4er0 /6.. 7$0 515p. MAEBNTCCB0 erson. Materiais compFsitos po#iméricos+ f*ndamentos e tecno#o)ia. . So Pa*#o+ Art#i"er0 /11.. 555p. E?U?ND?0 Mira"e# Cer3*eiraR CQS!A0 Mic4e##e Lea#iR (Q!?LVQ0 ?dson Cocc4ieri. CompFsitos estr*t*rais+ tecno#o)ia e prática. . So Pa*#o+ Art#i"er0 /11.. 596p.


NCA-916 Materiais Compostos FIBRAS DE C PODEM SER PRODUZIDAS DE 3 FONTES PRINCIPAIS 7ihe 0petró!eo ou a!atro 3e hu!ha Os piches são compostos aromáticos altamente condesados e grafitizáveis qdo tratados termicamente em atmosfera inerte. Essas estruturas produz uma fase intermediária (mesofase entre !"#-"## $. % mesofase & anisotr'pica e tem caracterisiticas de cristal lquido nemático termoplástico) e pode ser fiada sob fusão. 4TR*) C, Q, , C) C*STR%) :, 4) *N4R*4E) C, T) °

%btenção de Mic6es esofsicos em 4ois Estios a partir de Mic6e de Metróleo"
L?O N?!Q0 %#amnioR PAEDBNB0 L*i< C#a*dio. CompFsitos estr*t*rais+ ci@ncia e tecno#o)ia. . So Pa*#o+ ?. (#c4er0 /6.. 7$0 515p.


NCA-916 Materiais Compostos FIBRAS DE C PODEM SER PRODUZIDAS DE 3 FONTES PRINCIPAIS 7' 8po!iari!onitri!a9 O polmero de acrilonitrila & um produto comercial) produzido a partir da acrilonitrila que & empregada na fabrica*ão de fibras acrlicas) resinas %+,) borrachas sint&ticas (+R.  %crilonitrila (% & produzida pelo processo chamado

,ohio a partir de re*es de o/ida*ão envolvendo am0nia e propileno

As fibras de C obtidas a partir de PAN apresenta e!e"ados #d$!os e!%sti&os e 'randes resist(n&ias para ap!i&a)*es e+treas






NCA-916 Materiais Compostos O,IDA-.O

?n$o#$e a3*ecimento na ordem de 5 oC na presença de ar. Q processo #e$a a c4amada po#iacri#onitri#a o7idada com arranWos 4e7a)onais

Nesse processo as fi"ras de PAN 3*e so transparentes passam a *ma co#oraço marrom e posteriormente a cor preta. Prof. Dr. Kássio André Lacerda

NCA-916 Materiais Compostos CARBONIZA-.O /0RAFITIZA-.O1 ?n$o#$e o a3*ecimento da PAN o7idada a 5 ° C em atmosfera inerte

A temperat*ra do processo é 3*e )arantirá o tipo de fi"ra a ser prod*

#U#U' '7'. D' D Prof. Dr Dr.. Kássio André Lacerda

NCA-916 Materiais Compostos L?O N?!Q0 %#amnioR PAEDBNB0 L*i< C#a*dio. Comp Co mpFs Fsit itoos estr tr**t* t*ra rais is++ ci@ i@nnci ciaa e te teccno# o#o) o)ia ia.. . So Pa Pa**#o #o++ ?. (#c4e (# c4err0 / /6.. 6.. 7$ 7$00 51 515p. 5p.

,

C%N4RE*) %) 0UN%:ES) U) *ssessment of eom eomet etri rica call and and tran transp spor ortt prop proper erti ties es of a fibr fibrou ous s C/C C/C comp compos osit ite e pref prefor orm m usin usin  (-ra (-raP P comp comput uter eri! i!ed ed micr microotomo tomora rap6 p6P P# Mart Mart , mae mae ac8u ac8uis isit itio ion n and and eom eomet etri rica call properties) > properties) > ?ater 8es) 8es ) 7, &3) n, &;& &;&@-&; @-&;;I ;I)) &33= &33=,,

f %RT) *, M) ntroduction to aerospace materials) ood6ead Mublisin :tda) M6iladelp6ia) p, >&2) &32&,




NCA-916 Materiais Compostos OUTROS DADOS RELACIONADOS ÀS FIBRA DE CARBONO: Dependendo do tipo de tratamento da fibra básica que inclui carbonização, grafitização e oxidação, é possível fabricar fibras de carbono em diversas configurações de resistência e algumas delas podem cegar a ser várias vezes mais resistentes que o aço! " sua cor natural é preta!

Tipos de Fibras “C” • • • •

#$ %#ig $trengt&, '( %'ntermediate (odulus&, #( %#ig (odulus& e )#( %)ltra #ig (odulus&!



%RT) *, M) ntroduction to aerospace materials) ood6ead Mublisin :tda) M6iladelp6ia) p, >&2) &32&,

P#ain a$e H te#a p#ana

!in a$e - sarWa

Setin a$e H cetin

J3/3/3/3K 1 J3




Prof. Dr. Kássio André Lacerda =ecidos AD  r#uiteturas costurada


5D

GD Prof. Dr. Kássio André Lacerda



NCA-916 Materiais Compostos Arquitetura fibrosa de um compósito reforçado com fibras longas

%ios dos tecidos

%e#tro Ar3*itet*ra fi"rosa

Amostra de C&C  /0D 2 C%N4RE*) %) 0UN%:ES) U) *ssessment of eometrical and transport properties of a fibrous C/C composite preform usin (-raP computeri!ed micro-tom orap6P# Mart , mae ac8uisition and eometrical properties) > ?ater 8es) 7, &3) n, &;&@-&;;I) &33=,

 A)*#4a)ens 2 Prof. Dr. Kássio André Lacerda


C%N4RE*) %) 0UN%:ES) U) *ssessment of eometrical and transport properties of a fibrous C/C composite preform usin (-raP computeri!ed micro-tomorap6P# Mart , mae ac8uisition and eometrical properties) > ?ater 8es) 7, &3) n, &;&@-&;;I) &33=,



C%N4RE*) %) 0UN%:ES) U) *ssessment of eometrical and transport properties of a fibrous C/C com posite preform usin (-raP computeri!ed micro-tomorap6P# Mart , mae ac8uisition and eometrical properties) > ?ater 8es) 7, &3) n, &;&@-&;;I) &33=,


NCA-916 Materiais Compostos *s filamentos de carbono têm um di+metro típico de  a -microns, e são normalmente agrupados em até ./ mil filamentos! " densidade da fibra de carbono está localizada entre o vidro e o 0evlar! " resistência 1 tração é superior as fibras de vidro 232 e 2$2, e é superior a qualquer outro tipo de fibra quando é necessária a rigidez, ou se4a, m5dulo de tração e flexão! 6ibras de carbono têm também excelente resistência 1 fadiga e vibração! 7ntretanto, elas são um tipo de fibras muito quebradiças, e desenvolvem a sua resistência com uma elongação muito pequena, por isso elas são utilizadas muitas vezes em con4unto com outros tipos de fibra, como o vidro 232 e 0evlar a fim de aumentar a sua resistência ao impacto, que é realmente muito baixa!


Ap#icaç'es de compFsitos no setor aeroespacia# NCA-916 Materiais Compostos


Eesina %i"ra de car"ono

(QTEEA!0 X. et. a#. /6 %-11IA ightha12 Poder Aério0 /9

CompFsito de C CompFsito de Ye$#ar


CompFsito de $idro

Merspecti7a e(plodida de um *irbus *;&3) mostrando os componentes em compósito desta aerona7e, Prof. Dr. Kássio André Lacerda

*s aplicaç"es estruturais de compósitos num $oein ?>? rondam os ; em massa) mas esta pe8uena percentaem e8ui7ale a um an6o em peso de >;=X, Cerca de ;3 da superf9cie e(terior é em compósito) tra!endo benef9cios em termos de corrosão e resistAncia B fadia,


so de compósitos num Qarrier *0-@$ , Cerca de &> do massa desta aerona7e é em compósito) na sua rande maioria de carbono/epo(i, Prof. Dr. Kássio André Lacerda

Compósite " #etor aeroespacial

NCA-916 Materiais Compostos CQMPZSB!Q C&C termo estr*t*rado OBNQL?S0 .L. Mode#in) of COB Processe) H CBM!?C0 /60 Acirea#e0 Bta#.



%i"er p#acement Prof. Dr. Kássio André Lacerda


Car"on fi"ers are *s*a## mi7ed it4 resin to form a [Pre-Pre)[ 8Pre-impre)nated; s4eet0 o*nd "eteen re#ease paper



I*RS .+ :+;<R •

Urupo relati7amente no7o e potencialmente importante de fibras para compósitos

•

Mol9meros altamente alin6ados) orani!ados

•

$oa ResistAncia e Riide!

•

E(# Fibras de Molietileno de *lta 4ensidade# >3 UN/m &

•

T% M%RT*NTE# GE0:*R - 4u Mont Ge7lar &I# Reforços para pneumticos Ge7lar
NCA-916 Materiais Compostos Po#iparafeni#eno terefta#ato amida M*ito Se)redo\\\\\\ Po#iamida Aromática+ Aromáticos conferem ri)ide<

%C

?X!ETS]Q -5$  -($ $C

C% NQ

NQ

n

2$$ $C


'rrano s$acial C %

C %

C %

% C

ANBSQ!EQPBA C %

C %

C %

NQ

C %

NQ

NQ

NQ

NQ

NQ

N Q

N Q

% C

% C

C %

C %

C %

N Q

N Q

N Q

% C

C % N Q

N Q

N Q

01 nm

N Q

C %

N Q

Li)aço V

Li)aç'es V mais fracas 3*e #i)aç'es 3*micas

%orça para romper #i)aç'es V

%orça para romper #i)aç'es 3*mica

NCA-916 Materiais Compostos 7?O .O :+;<R +M RO@7S MI


.iferentes omportamentos meBnios 3as fibras 3e :e1!ar e C ao romper Ke$#ar rompe com maior d*cti#idade+ A e7tremidade sofre deformaço p#ástica0 Sendo mais dcti# H Ftimo para processo de Prod*ço de compFsitos0 pois no se 3*e"ra %i"ras de car"ono e $idro rompe em seço reta


NCA-916 Materiais Compostos Tabela: PROPRIEDADES DAS FIBRAS DE C, VIDRO E KEVLAR A 20 oC

7RO7RI+..+S @'I..+S .iBmetro .ensi3a3e Mó3u!o 3e oun& 7ara!e!o 7erpen3iu!ar Araço Ruptura Con3uti1i3a3e ADrmia

C

;I.RO :+;<R + 4) ^0 H 1G0 1/0 /06 10G

µm

15 K).m-5

I0 H 90I 109

N.m-/ N.m-/ N.m-/ _

59 1/ /0/ 0

I6 I6 10 H 50 10^ H 50/

1/ ----/0^ H 506 /0/ H /0^

`.m-1

1

10G

0G



/

m & N M o ç r o f s ?

/0^

/0/

Ke$#ar G9 8(oa resist@ncia e "oa deformaço;

C

10^

Oidro ?

10

/0

Deformaço 8_; Prof. Dr. Kássio André Lacerda

(a) =ensão versus deforma'ão

(b) m5dulo espec0fico versus tensão espec0fica

=emperatura versus tensão espec0fica

.a3os 3e araterizaço 3e ompósitos om matrizes 3e epóHi ibraompósito

Mó3u!o 3e e!astii3a3e 8E7a9

ResistF G traço 8M7a9

.ensi3a3e 8&m"9

Eesina epF7i

50

09

10/

%i"ra $idro tipo ? CompFsito de epF7i&$idro ?

I/0G G

/0G 101

/0G /01

%i"ra $idro tipo S CompFsito de epF7i&$idro S %i"ra de (QEQ CompFsito de epF7i&"oro %i"ra $idro tipo C a#ta resis. CompFsito de epF7i&C %i"ra $idro tipo C a#to mFd*#o CompFsito de epF7i&Ke$#ar %i"ra $idro tipo Ke$#ar CompFsito de epF7i&Ke$#ar

^0  G /I /5 1G / /9 1/G ^

G0 /0 50 106 G0 /05 /0G 10 506 /0

/0G9 /0 /0G /01 10^ 106 10^ 1065 10GG 105^


Fibras Naturais


NCA-916 Materiais Compostos Materiais *#tra#e$es

(ai7o C*sto

%i"ras $e)etais

Caráter reno$á$e#

Disponi"i#idade nat*ra# Prof. Dr. Kássio André Lacerda

NCA-916 Materiais Compostos A#)*mas des$anta)ens 

(ai7as resist@ncia aos ata3*es "io#F)icos



A*s@ncia de termop#asticidade



(ai7a temperat*ra de processamento das fi"ras0 o 3*e é incompat$e# com a#)*ns termop#ásticos



Bncompati"i#idade com matri
NCA-916 Materiais Compostos *ontes *lorestais Lignocelulósicos que podem ser empregados

Res3uos 3a &riu!tura *E>O .+ C' SIS< I*RS .+ COCO I*RS .+ C@R@J K+M7 *''+IR 7I>; Prof. Dr. Kássio André Lacerda

M?O H %i"ras Nat*rais NCA-916 Materiais Compostos (*c4a $erde de campo do sisa#.

EeWeito de ce#*#ose de e*ca#ipto

%i"ri#as do pF resid*a# de coco. Prof. Dr. Kássio André Lacerda

CQMPZSB!QS NCA-916 Materiais CompostosV(EBDQS !?CBDQS %?B!QS P?LA MBS!TEA D? %B(EAS D? OBDEQ CQM bT!A ? %B(EAS D? OBDEQ CQM SBSAL


Caractersticas fsicas e mec,nicas das fi"ras $e)etais e de po#ipropi#eno NCA-916 Materiais Compostos 7roprie3a3es Coo 8Coos 'uifera9 Sisa! 8&a1e sisa!ana9

Massa espeF rea! 8:&m"9 ##%% #"%$

bsorço mLHima 89

!on&amF na ruptura 89

ResistNnia G traço 8M7a9

Mó3u!o 3e e!astiF 8E7a9

)",(

2",) a 5#,4

)5 a ##(

2,(

##$,$

4,) a 5,4

"4% a "%(

#5,2

Ma!1a 8@rena !obata9

#4$)

#(2,2

5,2

#6$

#%,4

Ce!u!ose para pape! imprensa 87inus e!!iottii prinF9

#2$$ a #5$$

4$$

n3

"$$ a 5$$

#$ a 4$

*ambu 8*ambusa 1u!&aris9

##5(

#45

",2

%" a 5$5

5,# a 24,6

7iaça1a 8tta!ea funifera9

#$54

"4,4 a #$(

6

#4"

5,6

7o!ipropi!eno omum 8fi!amF9

)#"

-

22," a 26,$

25$

2,$



!eorias de adeso


Fibras_E2

Recommend Documents