Polímeros-Pa com Fibra de vidro

Polímeros-Pa com Fibra de vidro

Materiais e Aditivos II -

PA com Fibra de Vidro

Introdução:

O emprego de materiais plásticos reforçados com outros materiais, geralmente de natureza fibrosa, em elementos estruturais não é mais um desenvolvimento recente. Com efeito, as chapas conhecidas pelo nome comercial de “Fórmica” vem sendo empregadas desde o início do século e se enquadram, a rigor, nessa categoria.

A partir de 1940, e principalmente em função de necessidades da 2ª grande guerra, começou a utilização da fibra de vidro como elemento de reforço de peças moldadas em resinas poliéster. Finalmente foram produzidas carcaças de proteção para as antenas de radar em veículos militares (caças e bombardeiros). Esses elementos de proteção deviam ser suficientemente fortes para resistir às cargas aerodinâmicas, dimensionalmente estáveis sob temperaturas externas, resistentes ao tempo e transparentes às freqüências ultra-elevadas dos pulsos de radar, condição esta que excluía qualquer solução metálica.

O uso de fibra de vidro como elemento de reforço dominou amplamente as primeiras décadas do desenvolvimento dos materiais compostos. Somente nas ultimas décadas surgiram outras fibras apresentando perspectivas e substituir com vantagem às fibras de vidro em compostos termoestáveis e termoplásticos. Destacam-se, aqui, as fibras de grafite, carbono boro e asbesto, ou os monocristais filamentares, entretanto essas soluções mais modernas são, em geral, de aplicações limitadas em face de seu custo mais elevado.

Generalidade:

As características que as recomendam para emprego como elemento de reforço em materiais compostos são:

  • Elevada relação entre resistência mecânica e peso;

  • Elasticidade perfeita;

  • Propriedades térmicas atrativas: são incombustíveis; retém boa parte de sua resistência a temperaturas elevadas (50% a 370°C, 25% a 540°C): possuem baixo coeficiente de dilatação e elevada condutividade térmica;

  • Não absorvem umidade, não apresentando, por isso, problemas de inchamento, alongamento ou desintegração;

  • Notável estabilidade dimensional;

  • Excelente resistência a corrosão;

  • Excelentes características elétricas;

  • Baixo custo

Aplicação em inúmeros campos:

  • Transportes: carcaças de automóveis e caminhões, componentes para ônibus e tratores, motocicletas e veículos especiais;

  • Construção: elementos estruturais, pisos, painéis, formas de concreto;

  • Naval: cascos para barcos, navios e submarinos, reservatórios de água, dutos de ventilação, bóias, docas flutuantes;

  • Processamento d materiais: bandejas farmacêuticas e industriais, caixas, tubulações, tanques de armazenagem;

  • Elétricas: aplicações em transformadores, motores, geradores, sistemas de chaveamento e equipamentos eletrônicos;

  • Esportes: varas de pescar, arcos e flechas, tacos de golfe, bastões, varas, raquetes, esquis, capacetes protetores, equipamentos de piscinas e parques;

  • Mobiliário: poltronas, bancos de praça, mobiliário de escolas e auditórios, assentos de ônibus;

  • Química: tanques de armazenamento, tubulações e dutos de indústria química, em face de sua resistência ao ataque e a corrosão.

  • Militares e aeroespaciais: carcaças de foguetes, hélices, vasos de pressão, barcos de assalto.

Fibras de vidro, em várias composições distintas, são produzidas como filamentos contínuos, com muitos metros de extensão, ou com filamentos curtos, com até meio metro de extensão. Filamentos contínuos são, em geral, trefilados de um manancial de vidro derretido, a velocidade da ordem de 3 km/min. Fibras curtas são fabricadas por um processo de sopro, pelo qual se dirige vapor ou gás aquecido sobre vidro fundido. As fibras produzidas pelos dois processos podem ser apresentadas como feixes, fios ou cordas, torcidos ou trançados. Fios de fibra de vidro, por outro lado, podem ser apresentados como tecidos ou mantas.

Desenho das fibras observável sob luz refletida.

A fibra de vidro tem alta resistência à tração, flexão e impacto, sendo muito empregados em aplicações estruturais. É leve e não conduz corrente elétrica, sendo utilizado também como isolante estrutural. Permite ampla flexibilidade de projeto, possibilitando a moldagem de peças complexas, grandes ou pequenas, sem emendas e com grande valor funcional e estético.

Não enferruja e tem excepcional resistência a ambientes altamente agressivos aos materiais convencionais. A resistência química da Fibra de vidro é determinada pela resina e construção do laminado. Pode ser produzido em moldes simples e baratos, viabilizando a comercialização de peças grandes e complexas, com baixos volumes de produção. Mudanças de projeto são facilmente realizadas nos moldes de produção, dispensando a construção de moldes novos. Os custos de manutenção são baixos devido à alta inércia química e resistência às intempéries, inerente ao material.

A fibra de vidro

É o material compósito produzido basicamente a partir da aglomeração de finíssimos filamentos flexíveis de vidro com resina poliéster (ou outro tipo de resina) e posterior aplicação de uma substância catalisadora de polimerização. O material resultante é geralmente altamente resistente, possui excelentes propriedades mecânicas e baixa densidade.

Permite a produção de peças com grande variedade de formatos e tamanhos, tais como placas para montagem de circuitos eletrônicos, cascos e hélices de barcos, fuselagens de aviões, caixas d'água, piscinas, pranchas de surf, recipientes de armazenamento, peças para inúmeros fins industriais em inúmeros ramos de atividade, carroçarias de automóveis, na construção civil e em milhares de outras aplicações.

A fibra de vidro faz o papel da armadura de ferro no concreto armado: torna as peças resistentes a choques, tração e flexão. A fibra de vidro é fornecida em mantas prensadas, tecidos trançados, fitas ou cordéis (rooving) que são lançados ou desfiados sobre o molde e impregnados de resina. A manta prensada é mais barata, mas solta "fiapos" durante a montagem, enquanto que o tecido, um pouco mais caro, permite um trabalho mais limpo, peças mais resistentes e com melhor aparência final.

Formas de fibras comerciais:

Os filamentos de fibras de vidro tem diametro que varia entre 0,0025 e 0,02mm. Fibras de diâmetro maiorttem reduzida flexibilidade e se comportam mais com barras do que como fibras.

Comercialmente as fibras de vidro são apresentadas como mechas (“roving”), feixes picados, mantas e tecidos.

Mechas: Consistem de um certo número de fibras paraleleas reunidas em uma espécie de fita e enroladas num tubo ou carretel. Existem dois tipos básicos: mechas contínuas, estritamente paraleleas, especificadas pelo número de fios por mecha, ou por seu rendimento (definidocomo número de metros porunidade de peso).E mechas tecidas, mais volumosas, em que os filamentos são dispostos em zigue-zague, e mantidos em posição por uma leve torção e por uma resina

As mechas são classificadas e selecionadas de acordo com as seguintes características:

  • Resistencia á tração: atribuida principalmente pelas características do vidro, podendo, porém, depender também de características da fibra (diâmetro, fios por mecha, etc.);

  • Integridade do feixe: expresso pelo nível de adesão entre os filamentos individuais de cada fio ou feixe;

  • Integridade da fita ou mecha: expressa pelo nível de adesão entre os fios e cada mecha;

  • Catenária: ou seja, o nível de deflexão dos feixes individuais de um carretel;

  • Molhabilidade: ou a velocidade e o nível em que a fibra é molhada pela resina;

  • Características de corte: cujo conhecimento é essencial na produção de feixes picados.

Mantas: as mantas de fibra de vidro apresentam uma distribuição uniforme, mas aleatória, das fibras, contínuas ou picadas, que são mantidas coesas por um adesivo resinoso. Mantas de fibras contínuas apresentam melhor integridade durante o manuseio e podem ser ajustadas a formas mais complicadas sem desmanchar ou rasgar. Para a moldagem manual, quando se requer que as fibras sejam rapidamente molhadasou quando é importante a ajustagem de contornos, são usadas mantascomadesivo de alta solubilidade. Já na moldagem em prensa, ou sempre que haja o risco de a resina desmantelar a estrutura da manta, e criar regiões pobres em fibrade vidro, sõ empregadas mantascom adesivo de baixa solubilidade.

As mantas são comumente especificadas em termos de seu peso por unidade e área.

Mantas de superfcie são usadas em formas gemétricas simples, face a sua relativa rigidez, evida a um maior teor de adesivo. Mntas de cobertura, tendo menor teor de adesivo, são macias e mais confromáveis, onde sua aplicação em contornos mais complicados.

Tecidos: são mantas com um arranjo regular de fibras,sendo obtidos por processos de tecelagem, segundo diferentes padrões de disposição das fibras.Encontram ampla aplicação em bens de consumo, como barcos, aviões, tubos e outros.

Roving” Manta Tecido

Propriedades do Nylon com e sem fibra de vidro

Reforço Assim como os demais plásticos de engenharia, o náilon incorpora reforços e aditivos com a finalidade de melhorar suas propriedades. A fibra de vidro é o reforço tradicional das poliamidas. Menos comum, o uso de fibra de aramida, de carbono ou de aço inox também tem mercado. “A fibra de vidro é o grande reforço das poliamidas. Qualquer outro material deve proporcionar um custo benefício adequado para justificar sua utilização”, diz Castro.

De fato, as novas aplicações demandam características cada vez mais exigentes no que concerne a altas temperaturas, resistência química e resistência mecânica próxima às dos metais. A DuPont lançou uma linha de polímeros super-estruturais com reforço de fibras especiais longas, que aumenta consideravelmente a resistência ao impacto e o módulo de rigidez.

Os náilons 6 e 6.6 recebem reforço de carga mineral ou híbrida (combinação de fibra de vidro e carga mineral), cujas principais propriedades são a estabilidade dimensional e facilidade de pintura, segundo o fabricante. A linha de produtos da Dupont inclui as famílias de PA 6, 6.6, 6/6.6 e 6.12, que apresentam simultaneamente boa resistência ao impacto, bom alongamento e tenacidade, podendo ser reforçadas com fibra de vidro, além de outros aditivos, tais como estabilizantes térmicos, nucleantes, elastômeros e microesferas de vidro e outros.

Fibra de vidro lidera – Como a maioria dos plásticos de engenharia, as poliamidas são formuladas com reforços e aditivos, incorporados com a finalidade de melhorar ainda mais as propriedades. O reforço tradicional das poliamidas é a fibra de vidro, concordam os especialistas. O binômio náilon/fibra de vidro é a commodity do mercado, também constituído por especialidades reforçadas com fibras de aramida, de carbono ou de aço inox.

A fibra de vidro contribui para elevar as propriedades mecânicas e melhorar a resistência à temperatura de deflexão térmica. Além da fibra, os náilons também recebem cargas minerais e aditivos. “Existem aditivos específicos para melhorar a resistência ao impacto, atrito, hidrólise e outros”, explica Belluco, da Basf.

A adição de 10% de fibra na poliamida 6.6 eleva o HDT de 80 para 230 e, na PA 6, de 80 para 170, exemplifica Motta, da Rhodia. Já as cargas minerais auxiliam a reduzir a contração e aumentar a estabilidade dimensional dos polímeros.

Fibra de vidro longa X Fibra de vidro curta

Mesmo considerando apenas formulações à base de náilon 6 e 6.6, já é possível abrir novas frentes com a adição de fibras de vidro longas, capazes de conferir propriedades bem superiores à fibra convencional, pondera Moraes. Desenvolvimento recente, aliás, contempla receita do gênero. A LNP formulou náilon 6.6 com fibras de vidro longas, para uso em pedais de acelerador e embreagem. O pellet mede entre 12 e 15 mm de comprimento (medida da fibra). Como resultado, confere propriedades mecânicas bem acima dos compostos convencionais, com fibra curta. “Durante o processo, mantém o tamanho maior da fibra na peça moldada, elevando o desempenho do produto em relação à fibra curta.

As fibras de vidro usadas no náilon são em geral curtas, com cerca de 4,5 mm de comprimento antes do processamento. As longas possuem comprimento médio, na peça moldada, de 6 mm. Em comparação à fibra curta, a longa fornece melhores valores de resistência ao impacto, resistência à temperatura, acabamento superficial e estabilidade dimensional, e o ganho é mais evidente em peças de logo uso.

Grosso modo, quanto maior é o comprimento médio da fibra de vidro, maior é a resistência ao impacto, e o valor pode chegar a superar o das ligas metálicas. Mesmo em temperaturas tão baixas quanto -40º C, os compostos de fibra longa mantêm alta resistência ao impacto. A fluência também é alterada positivamente, mas a resistência à fadiga é uma das propriedades com alteração mais acentuada. Os maiores beneficiados, na visão do gerente, são o balanço de rigidez e impacto, a resistência mecânica, a fluência, a estabilidade dimensional e o acabamento superficial. A HDT pode ser aumentada, mas os valores são baixos.

Uso da fibra de vidro e micro esfera de vidro

  • Descrição de Polímero de Engenharia - Mazmid B150 FV Reforçada com Fibra de Vidro: Descrição: A família MAZMID B 150 FV caracteriza a Poliamida 6 de baixa viscosidade reforçada com fibra de vidro destinada a moldagem por injeção. O MAZMID B 150 FV apresenta fórmulas com porcentagem de fibra que variam de 7 a 50% em natural, preto e cores sob encomenda. Principais Propriedades: As fórmulas de MAZMID B 150 FV são caracterizadas por apresentarem propriedades otimizadas: · Excelente estabilidade dimensional · Elevada rigidez · Facilidade de moldagem com excelente acabamento superficial da peça · Inércia química característica das poliamidas.

Tipo: Poliamidas reforçadas Tabela: Propriedades A 23 °C Aplicações: O MAZMID B 150 FV é indicado para peças onde a excelente combinação de propriedades mecânicas , térmicas e de estabilidade são determinantes. A indústria em geral, tem utilizado o MAZMID em peças como carcaça de ferramentas, bobinas, carcaça espelhos retrovisores, ventoinhas de refrigeração, engrenagens, maçanetas de automóveis, centrais elétricas, chaves de comando, pedaleiras automotivas, carcaças de motores, bases de cadeiras giratórias, etc.

  • Descrição de Polímero de Engenharia - Mazmid B150 EV Reforçado com micro esfera e vidro:

Descrição:

O MAZMID B 150 EV caracteriza a Poliamida 6 reforçada com micro esfera de vidro destinada a moldagem por injeção.

Principais Propriedades:

O MAZMID B 150 EV apresenta boas propriedades mecânicas, com elevada rigidez e isotropia das características na peça moldada.

O MAZMID B 150 EV apresenta facilidade de moldagem e inércia química características das Poliamidas.

A formula B 150 EV30, característica a PA6 reforçada com 30% de micro esfera de vidro.

Sob consulta podem ser formuladas outras concentrações.

Tipo:

Poliamidas reforçadas

Tabela:

Propriedades A 23 °C

Aplicações:

Devido a presença de reforço em forma esférica o material é indicado para peças que sofrem atrito , necessitam de rigidez e excelente acabamento superficial da peça moldada.

  • Descrição de Polímero de Engenharia - Mazmid B150 FV-EV Reforçada com Fibra de Vidro e esfera: Descrição: A formula MAZMID B 150 FV-EV caracteriza a família da PA6 reforçada com fibra de vidro e micro esfera de vidro, destinada a moldagem por injeção. A formula B 150 FV10 EV20 caracteriza a PA6 reforçada com 10% fibra de vidro e 20% de micro esfera. A formula B 150 FV20 EV10 caracteriza a PA6 reforçada com 20% fibra de vidro e 10% de micro esfera. Principais Propriedades: O MAZMID B 150 FV EV apresenta excelentes propriedades mecânicas com elevada rigidez e estabilidade dimensional.A presença da micro esfera na composição do reforço, facilita a moldagem e proporciona um melhor acabamento superficial da peça injetada. Tipo: Poliamidas reforçadas

Tipos de Fibra de Vidro

E-Glass ou vidro grade elétrica foi desenvolvida originalmente para ficar fora de isoladores de cabos elétricos.. Mais tarde foi encontrado para ter a fibra formando excelentes capacidades e agora é usada quase exclusivamente como a fase de reforço no material comumente conhecido como fibra de vidro.

Fabricação de fibras

Glass fibres are generally produced using melt spinning techniques. Fibras de vidro são geralmente produzidas com técnicas de melt spinning. These involve melting the glass composition into a platinum crown which has small holes for the molten glass to flow. Estas envolvem a composição de fusão de vidro em uma coroa de platina que possui pequenos furos para o vidro fundido a fluir. Continuous fibres can be drawn out through the holes and wound onto spindles, while short fibres may be produced by spinning the crown, which forces molten glass out through the holes centrifugally. Fibras contínuas podem ser retiradas através dos furos e enrolada em fusos, enquanto as fibras curtas podem ser produzidas girando a coroa, o que força o vidro fundido para fora através dos furos centrífuga. Fibres are cut to length using mechanical means or air jets. Fibras são cortadas em comprimentos utilizando meios mecânicos ou jatos de ar.

Fibre dimension and to some extent properties can be controlled by the process variables such as melt temperature (hence viscosity) and drawing/spinning rate. Fibra de dimensão e de algumas propriedades de medida pode ser controlada pelas variáveis de processo, como temperatura de fusão (viscosidade, portanto) e desenho taxa de fiação. A janela de temperatura que pode ser usado para produzir um fundido com viscosidade adequada é muito grande.

As fibras estão sendo produzidos, eles são normalmente tratados com dimensionamento e agentes de acoplamento. These reduce the effects of fibre-fibre abrasion which can significantly degrade the mechanical strength of the individual fibres. Estes reduzir os efeitos da fibra de abrasão de fibras que pode degradar significativamente a resistência mecânica das fibras individuais. Other treatments may also be used to promote wetting and adherence of the matrix material to the fibre. Outros tratamentos também podem ser utilizados para promover o umedecimento e adesão do material da matriz para a fibra.

Composition Composição

E-Glass is a low alkali glass with a typical nominal composition of SiO 2 54wt%, Al 2 O 3 14wt%, CaO+MgO 22wt%, B 2 O 3 10wt% and Na 2 O+K 2 O less then 2wt%. E-Glass é um vidro alcalino baixo com uma composição típica nominal de 54% SiO 2, Al 2 O 3 14%, CaO + MgO 22%, B 2 O 3 10% e Na 2 O + K 2 O menor então 2% . Some other materials may also be present at impurity levels. Alguns outros materiais também podem estar presentes em níveis de impureza.

Key Properties

As propriedades que têm feito vidro E tão popular em fibra de vidro, fibra de vidro reforçada e outros compostos incluem:

»Baixo custo

»Altas taxas de produção

»Alta resistência

»Alta rigidez

» A baixa densidade de

»Não inflamável

»Resistentes ao calor

»Boa resistência química

»Relativamente insensíveis à humidade

»Capaz de manter propriedades de resistência ao longo de um vasto leque de condições

»Bom isolamento elétrico

Tabela 1. Comparação das propriedades típicas de algumas fibras comum.

Materials Materiais

Density (g/cm 3 ) Densidade (g / cm 3)

Tensile Strength (MPa) Resistência à Tração (MPa)

Young modulus (GPa) Módulo de Young (GPa)

E-Glass E-Glass

2.55 2,55

2000 2000

80 80

S-Glass S-Glass

2.49 2,49

4750 4750

89 89

Alumina (Saffil) Alumina (Saffil)

3.28 3,28

1950 1950

297 297

Carbon Carbono

2.00 2,00

2900 2900

525 525

Kevlar 29 Kevlar 29

1.44 1,44

2860 2860

64 64

Kevlar 49 Kevlar 49

1.44 1,44

3750 3750

136 136

As propriedades vantajosas de vidro E em geral, superam as desvantagens, que incluem: ·

»Low modulus Módulo de Baixo

· »Self abrasiveness if not treated appropriately leading to reduced strength Abrasividade Self se não for tratada adequadamente levando a força reduzida

· »Relatively low fatigue resistance Relativamente baixa resistência à fadiga

· »Densidade mais elevada em relação às fibras de carbono e fibras orgânicas.Higher density compared to carbon fibres and organic fibres.

Aplicações

Materiais Compósitos

O uso de E-vidro como material de reforço em compósitos de matriz polimérica é extremamente comum. Optimal propriedades de resistência são obtidas quando em linha reta, as fibras contínuas paralelas estão alinhados em uma única direção.. Para promover a força em outras direções, estrutura laminar pode ser construído, com fibras alinhadas em outras direções.. Tais estruturas são utilizados em tanques de armazenamento e assim por diante.

Matts direção aleatória e tecidos também são comumente utilizados para a produção de painéis compósitos, pranchas e outros dispositivos similares.

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