COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Nº 175023 Compósitos estruturais em fibra de carbono: definições, propriedades, manufatura e aplicações Sérgio Luiz Nascimento Jr Palestra apresentada no Universidade de Brasília 2017. A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________ Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 | Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 | CEP 01064-970 São Paulo | SP | Brasil | CEP 05508-901 Tel 11 3767 4374/4000 | Fax 11 3767-4099 www.ipt.br
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Compósitos estruturais em fibra de carbono: definições, propriedades, manufatura e aplicações Sérgio Luiz Nascimento Jr
Palestra apresentada no Universidade de
Brasília 2017. A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________
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COMPÓSITOS ESTRUTURAIS
EM FIBRA DE CARBONO definições, propriedades, manufatura e aplicações
Sérgio Luiz Nascimento Jr Lightweight Structures Laboratory/Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Materiais distintos combinados para formar um terceiro material com propriedades superiores aos constituintes individuais, quando considerados sozinhos.
5
Definições
Propriedades aprimoradas
- Resistência - Rigidez - Peso - Vida útil em fadiga - Condutividade térmica - Isolamento acústico - Resistência a corrosão
6
Definições
Vantagens - Custos operacionais menores quando
comparados com metais - Trade-off – custos iniciais mais caros,
rentáveis a longo prazo - Possibilidade de reuso de matriz - Fator de utilização de material (peso da
matéria prima/peso da estrutura final) = 1.2 a 1.3 para compósitos x 15 a 25 para metais
7
Definições
Economias em estruturas - Aviação civil de pequeno porte: $55/kg - Helicópteros: $110/kb - Motores de aviões: $440/kg - Caças: $440/kg - Aviões comerciais: $880/kg - Satétlites: $22000/kg - Naves espaciais: 33000/kg
8
Definições
9
Propriedades
Homogeneidade e isotropia - Isotropia: propriedades
constantes independente do eixo de carregamento
- Homogeneidade: propriedades iguais em todos os volumes representativos.
- Compósitos: Anisotrópicos, homogêneos
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Proriedades
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Proriedades
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Propriedades
Ensaios mecânicos
Aplicados em níveis hierárquicos, dependendo do nível de maturidade de tecnologia e processo.
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Propriedades
Ensaios mecânicos
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Manufatura
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Manufatura
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Processos
Dependem do uso requerido e da relação custo benefício. Normalmente, balizado por níveis de fração volumétrica
Manufatura
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HLU (Hand Lay-up – impregnação manual)
É o mais simples, provendo compostos baratos porém modestos em termos de desempenho mecânico e fração volumétrica (30~35%)
Manufatura
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Infusão à vácuo
A impregnação de resina ocorre por meio de aplicação de vácuo. Produz partes com fração volumétrica de até 50%.
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Manufatura
Manufatura
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Manufatura
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VARTM
A impregnação de resina ocorre por meio de aplicação pressão positiva. Utilizam-se contramoldes (caul plates). Produz partes com fração volumétrica de até 55%.
Manufatura
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A matéria prima (fibra de carbono) contém resina pré-impregnada. A cura é realizada em autoclave, geralmente com aplicação de pressão positiva (5 ~ 8 bar)
Sistemas pré-impregnados (pre-pregs)
Manufatura
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Podem ser laminados manualmente ou de modo automatizado. O método, aqui, exerce maior influência sobre a orientação das camadas e precisão geométrica. Admitem frações volumétricas de até 60%