manufatura de materiais compÓsitos
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Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 1
Notas de aulas:
Prof. Sérgio Frascino Müller de Almeida
MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS
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Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 2
1. Introdução
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Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017
O que são materiais compósitos ?
• Materiais compósitos de uso estrutural em aeronáutica tipicamente são placas laminadas de plástico reforçado com fibras
• Os materiais mais comuns dessa classe são o carbono/epoxi, o vidro/epóxi e kevlar/epóxi
• Aviões mais modernos como o Boeing 787 e o Airbus A380 possuem um gande número de partes de materiais compósitos
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Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
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as fases constituintes de um compósito são:
• reforço: geralmente descontínua, mais rígida e mais resistente
• matriz: contínua e geralmente menos rígida e resistente
DEFINIÇÕES BÁSICAS
materiais compósitos
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2. Processos de fabricação
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além da matriz e do reforço, a interface entre essas fases também afeta as propriedades mecânicas do compósito
uma boa interface (resultado da compatibilidade química entre as fases) é essencial para a resistência e rigidez do compósito
DEFINIÇÕES BÁSICAS
materiais compósitos
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Materiais Compósitos
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REFORÇO
MATRIZ ARRANJO
GEOMÉTRICO
COMPÓSITO
DEFINIÇÕES BÁSICAS
materiais compósitos
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Materiais Compósitos
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DEFINIÇÕES BÁSICAS
funções da matriz• mantém o reforço agregado e distribui as cargas
• protege o reforço de dano químico e mecânico
• componente dominante nas propriedades de:
resistência ao impacto e tenacidade temperatura de serviço comportamento viscoelástico (creep) propriedades transversais
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DEFINIÇÕES BÁSICAS
anisotropia
• muitas propriedades dos materiais, tais como rigidez, resistência, expansão térmica e condutividade térmica estão associadas com uma direção ou com a orientação dos eixos de referência
• um material é anisotrópico quando as suas propriedades variam com a direção ou com a orientação dos eixos de referência
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CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS
quanto ao tipo de reforço – arranjo geométrico
unidirecional bi-direcional multidirecional
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CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS
quanto ao tipo de reforço – arranjo geométrico
micrografia de corte transversal de lâmina
(material pré-impregnado)
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CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS
quanto ao tipo de reforço – arranjo geométrico
micrografia de corte transversal de lâmina
(tecido pré-impregnado)
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Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
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CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS
quanto ao tipo de reforço – arranjo geométrico
as fibras são fornecidas em vária formas:
• roving (fio seco)
• lâmina unidirecional pré-impregnada (tape)
• tecido (pré-impregnado ou seco)
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Materiais Compósitos
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rovingfita unidirecional
quanto ao tipo de reforço – arranjo geométrico
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Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
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Projeto e manufatura• o processo de fabricação afeta a rigidez e
resistência e o custo de materiais compósitos
• diferentes processos de fabricação necessitam matrizes com diferentes propriedade físicas e químicas
• não se deve projetar um componente de compósito sem antes definir o processo de manufatura
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Materiais Compósitos
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Motivações para o uso de compósitos
Redução de:• peso• custo
Requisitos:• flambagem• instabilidade aeroelástica• resistência• durabilidade
• o custo do carbono/epóxi é maior do que o do alumínio ou aço
• redução de custo só é possível pelo processo de fabricação
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Motivação para uso de compósitos
Redução
• peso
• custo
Redução de peso depende do processo de fabricação
alumínio usinado
compósitoreforçador: co-curado, colado ou rebitado
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• custo do alumínio é mais baixo mas o processo de fabricação é caro
• o custo do carbono/epóxi é alto mas o processo é barato; deve-se evitar eventuais delaminações
Motivação para uso de compósitos
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2. Processos de fabricação
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multi-ribconcept
conceito multi-longarina
Projeto / manufatura
conceito clássico
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2. Processos de fabricação
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Projetojuntasproteção eletromagnéticaresistência ao impactoflambagem
delaminação
pontos críticos
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reforço particulado
b) orientação aleatória
a) unidirecional
reforço de fibras descontínuas
a) unidirecional
reforço de fibras contínuas
b) tecido (cross-ply)
c) multidirecional
quase-isotrópico
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módulo de elasticidade - arranjo geométrico
Material Ex (GPa) Ey (GPa) Gxy (GPa) Aço 210 210 83
Alumínio 70 70 28 [0]s 147 10 7,0
[0/90]s 79 79 7,0 Carbono/epóxi
[0/90/45/-45]s 58 58 23
• a rigidez do aço é maior que o carbono epóxi unidirecional
• a rigidez do alumínio é da ordem do laminado [0/90]s
rigidez
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módulo de elasticidade - arranjo geométrico
• a rigidez do carbono/epóxi por unidade de peso é maior que a do aço e alumínio
• a rigidez do laminado de carbono/epóxi depende da orientação das camadas
Material Ex / ρ (Mm) Ey / ρ (Mm) Gxy / ρ (Mm) Aço 26,9 26,9 10,6
Alumínio 28,0 28,0 11,0 [0]s 91,9 6,4 4,4
[0/90]s 49,3 49,3 4,4 Carbono/epóxi
[0/90/45/-45]s 36,4 36,4 14,1
rigidez por unidade de peso
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Maio/2017 23
2. FABRICAÇÃO DE ESTRUTURAS EM
COMPÓSITOS
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 24
SELEÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃODepende do material escolhido para a matriz e a aplicação
Matriz:
• polimérica
• cerâmica
• metálica
processos de fabricação específicos para cada material
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SELEÇÃO DO PROCESSO DE FABRICAÇÃODepende do material escolhido para a matriz e a aplicação
Matriz polimérica :
• termorrígido (cura)
• termoplástico (consolidação)
Aplicação:
• alto desempenho (fibras contínuas)
• baixo custo (fibras picadas)
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO(matriz termorígida, aplicação de alto desempenho)
• posicionar as fibras
• impregnar as fibras
• compactação/remoção de vazios• promover a cura da matriz
OBJETIVO:
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MOLDESCaracterísticas:
• dar a forma à peça
• tipos: fechado (rígido) ou aberto (semi-rígido)
monolítico
desmontável ou colapsável inflável
• material: metálico ou compósito
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revestimento
revestimento
longarina
longarina
moldes fabricação OK!
MOLDES
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revestimento
revestimento
longarina
longarina
moldes
nervura
fabricação impossível!
MOLDES
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fabricação impossível!
peça
peça
molde
MOLDES
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molde desmontável
fabricação OK!peça
peçamolde 1 molde 2
MOLDES
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MOLDES
molde monolítico
peça
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MOLDE
molde – parte 1
molde – parte 2
remoção
parte 2 removida
parte 1 removida
molde desmontável
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 34
MOLDES
mandril inflável• pressuriza-se o mandril inflável contra um molde fechado
• desmonta-se o molde
• passo optativo: desinfla-se o mandril para removê-lo
mandril inflávelmolde fechado desmontável
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1. Hand layup / Autoclave
2. Laminação automática
3. Filament winding
4. Pultrusão
5. RTM
6. Braiding
PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
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Maio/2017 36
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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• baixo conteúdo de vazios (cura sob pressão)
• alto volume de fibras
• requer bolsa de vácuo
• peças de espessura fina e forma complexa
• estruturas sanduíche
CARACTERÍSTICAS
APLICAÇÕES
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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Maio/2017 38
ETAPAS DO PROCESSO
• corte das camadas
• laminação das camadas
• bolsa de vácuo
• cura em autoclave
• desmoldagem
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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Maio/2017 39
MATÉRIA-PRIMA
(pré-impregnados)
• fita unidirecional
• tecidoFIBRAS
• carbono
• kevlar
• vidro
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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Corte das camadas Laminação
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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MOLDES
• maior durabilidade
• capacidade térmica
• alto custo
• usinagem
• baixa durabilidade
• geometria simples
• modelagem
• peças de menor responsabilidade
COMPÓSITOMETÁLICO
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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Laminação e bolsa de vácuo
Canalizador
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bolsa de vácuo: descrição
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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AUTOCLAVE
• pressão
• temperatura
• vácuo
0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
0
2
4
6
8
Tempo (min)
Tem
pera
tura
( C)
Pres
s ão
(bar
)Vá
c uo
( bar
)
PressãoTemperaturaVácuo
o
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
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Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 45
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
![Page 46: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/46.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 46
• baixa porosidade
• rígido controle fibra/resina
• ferramental simples
• variados ciclos de cura
VANTAGENS
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
![Page 47: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/47.jpg)
Materiais Compósitos
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Maio/2017 47
• alto custo do prepreg
• sobras de material
• sala de laminação climatizada
• prepreg perecível
• elevado consumo de energia
• uma única superfície acabada
DESVANTAGENS
HAND LAYUP / AUTOCLAVE
![Page 48: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/48.jpg)
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Maio/2017 48
Fiber Placement ou ATL – Automatic tape layingLAMINAÇÃO AUTOMÁTICA
![Page 49: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/49.jpg)
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Maio/2017 49
Fiber Placement ou ATL – Automatic tape layingLAMINAÇÃO AUTOMÁTICA
![Page 50: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/50.jpg)
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Maio/2017 50
Compactação automáticaLAMINAÇÃO AUTOMÁTICA
![Page 51: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/51.jpg)
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Maio/2017 51
FILAMENT WINDING(bobinagem ou enrolamento filamentar)
![Page 52: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/52.jpg)
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Maio/2017 52
• vasos de pressão
• tanques de combustível
• dutos
• epóxi
• poliester
• fenólica
• vidro-E ou S
• carbono
• aramida (Kevlar)
Aplicações: peças axisimétricas
Resinas: Fibras:
FILAMENT WINDING
![Page 53: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/53.jpg)
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Maio/2017 53
PROCESSO
FILAMENT WINDING
![Page 54: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/54.jpg)
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Maio/2017 54
PROCESSO
FILAMENT WINDING
• a fibra é depositada sob tensão sobre um mandril axisimétrico
• essa tensão é essencial para garantir uma boa compactação
• conseqüência: a curvas descritas pela fibra tem que ser geodésicas (ou muito próximos delas em função do atrito)
![Page 55: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/55.jpg)
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Maio/2017 55
PROCESSO
FILAMENT WINDING
• mandril plano: a curva descrita pela fibra entre dois pontos tem que ser uma reta(ou muito próxima de uma reta em função do atrito) porque a fibra está tensionada!
A
B
OK!
Impossível
![Page 56: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/56.jpg)
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Maio/2017 56
FILAMENT WINDINGPROCESSO mandril não plano:
• a fibra necessariamente vai ter que estar sobre uma geodésica (curva de menor distância entre dois pontos sobre uma superfície
• num plano as curvas geodésicas são retas
![Page 57: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/57.jpg)
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Maio/2017 57
Trajetórias não geodésicas: uso de pinos
FILAMENT WINDING
• para se lançar fibras ao longo de curvas não geodésicas é necessário usar pinos como guias
• nesse caso pode-se, por exemplo lançar fibras na direção axial de cilindros
• a região da peça próxima aos pinos deve ser descartada
![Page 58: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/58.jpg)
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Maio/2017 58
Uso de pinos
FILAMENT WINDING
peça
pinos
![Page 59: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/59.jpg)
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Maio/2017 59
Uso de pinos: salta dois pinos de cada vez
FILAMENT WINDING
um padrão geométrico diferente da posição das fibras resulta dependendo do número de pinos que é saltado
![Page 60: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/60.jpg)
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Maio/2017 60
Uso de pinos:
FILAMENT WINDING
• ângulo das fibras varia ao longo do raio
• espessura (densidade de fibras) da camada varia ao longo do raio
![Page 61: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/61.jpg)
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Maio/2017 61
Uso de pinos: padrões complexos
FILAMENT WINDING
• laça cada pino
• laça a cada 2 pinos
• laça a cada 3 pinos
• laça a cada 4 pinos
![Page 62: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/62.jpg)
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Maio/2017 62
Uso de pinos: mandril cilíndrico
FILAMENT WINDING
lançamento de fibras na posição quase axial
![Page 63: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/63.jpg)
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Maio/2017 63
PROCESSO
FILAMENT WINDING
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Maio/2017 64
PROCESSO Enrolamento radial e helicoidal
FILAMENT WINDING
![Page 65: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/65.jpg)
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Maio/2017 65
PROCESSO
Enrolamento polar
FILAMENT WINDING
![Page 66: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/66.jpg)
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Maio/2017 66
REMOÇÃO DO MANDRIL
• conicidade
• mandril desmontável
• mandril solúvel
• mandril inflável
FILAMENT WINDING
![Page 67: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/67.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 67
• baixo conteúdo de vazios (cura sob pressão)
• bom controle do posicionamento da fibra
• bom aproveitamento do material
• junções podem ser realizadas
CARACTERÍSTICAS
FILAMENT WINDING
![Page 68: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/68.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 68
• viscosidade da resina
• remoção de excesso de resina
• tensão na fibra (conteúdo de vazios)
• velocidade
• posicionamento da fibra (controle numérico)
PARÂMETROS DO PROCESSO
FILAMENT WINDING
![Page 69: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/69.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 69
• peças grandes e pequenas
• controle da posição da fibra
• excelente aproveitamento do material
• uso de liners em vasos de pressão
VANTAGENS
FILAMENT WINDING
![Page 70: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/70.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 70
• limitado a formas axisimétricas
• mau controle do conteúdo de resina
• controle operacional
(programação, parâmetros do processo)
DESVANTAGENS
FILAMENT WINDING
![Page 71: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/71.jpg)
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Maio/2017 71
MÁQUINA DE ENROLAMENTO
FILAMENT WINDING
![Page 72: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/72.jpg)
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Maio/2017 72
FILAMENT WINDINGMÁQUINA DE FILAMENT WINDING
![Page 73: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/73.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 73
APLICAÇÕES
FILAMENT WINDING
![Page 74: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/74.jpg)
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Maio/2017 74
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 75: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/75.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 75
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINAETAPAS
1. Fabricação da pré- forma seca
2. Moldagem da pré-forma
3. Impregnação com pressão e/ou vácuo
4. Curar da peça
5. Desmoldagem
6. Operações de acabamento
![Page 76: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/76.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 76
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA• RTM (Resin Transfer Molding): molde rígido fechado uso de pressão e vácuo
• LRI (Liquid Resin Infusion): molde semi-rígido uso de vácuo
• RFI (Resin Film Infusion): molde semi-rígido filme de resina catalizada e vácuo
![Page 77: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/77.jpg)
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 77
co-cured hat stringers
RTM bolted frames
Boeing 787
![Page 78: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/78.jpg)
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 78
1. FABRICAÇÃO DA PRÉ- FORMA• braiding
• laminação (uso de binder)
• filament winding
![Page 79: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/79.jpg)
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 79
braiding
• resistente à delaminação
• processo feito sob medida e caro
1. FABRICAÇÃO DA PRÉ- FORMA
![Page 80: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/80.jpg)
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 80
laminação
• baixa resistência à delaminação
• processo mais barato que braiding
1. FABRICAÇÃO DA PRÉ- FORMA
![Page 81: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/81.jpg)
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017
binder
• adição de termoplástico em tecido seco para permitir conformação da pré-forma
• melhora a conformabilidade e permeabilidade (dependendo da compatibilidade do bindercom a resina)
1. FABRICAÇÃO DA PRÉ- FORMA
81
![Page 82: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/82.jpg)
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 82
filament winding
• aplicável somente para peças axisimétricas
• resulta em boa resistência à delaminação
1. FABRICAÇÃO DA PRÉ- FORMA
![Page 83: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/83.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 83
2. MOLDAGEM DA PRÉ-FORMA
3. IMPREGNAÇÃO
• uso de vácuo
• injeção (resina de baixa viscosidade)
injeção em alta temperatura:
- diminui a viscosidade
- reduz o tempo de gel
![Page 84: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/84.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 84
IMPREGNAÇÃO
dificuldades na impregnação:
• escoamento em um meio poroso
• cinética de cura (reação exotérmica)
• capilaridade
• viscosidade varia durante o processo
• medida de permeabilidade
• racetracking
![Page 85: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/85.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 85
IMPREGNAÇÃOracetracking
• a deformação da pré-forma no processo de preformagem (causada perto de bordas e por flexão, cisalhamento e estiramento) causa variações permeabilidade e de espessura
• isso causa variações fisicas na pré-forma durante a moldagem criando regiões de alta porosidade da pré-forma
![Page 86: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/86.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 86
IMPREGNAÇÃO
racetracking
• regiões que oferecem menor resistência à vazão da resina injetada
• altera significativamente a forma da frente de propagação da resina, a pressão da injeção e do molde
• frequentemente causa regiões vazias e formação de outros defeitos.
![Page 87: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/87.jpg)
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Maio/2017 87
MODELAGEM DO PREENCHIMENTO DO MOLDE
• a modelagem numérica de processos de infusão é essencial porque o processo de preenchimento do molde é extremamente complexo
• é fundamental um modelo para projetar o molde e inclusive a orientação das camadas (efeito de capilaridade)
![Page 88: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/88.jpg)
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Maio/2017 88
RTM
(Resin Transfer Molding)
![Page 89: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/89.jpg)
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2. Processos de fabricação
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Maio/2017 89
• pré-forma impregnada em molde fechado
• alta cadência de produção
• bom aproveitamento do material
• acabamento nas duas superfícies
• peças com grandes lotes
• geometrias complexas
CARACTERÍSTICAS
APLICAÇÕES
RTM
![Page 90: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/90.jpg)
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Maio/2017 90
1. FABRICAÇÃO DA PRÉ- FORMA
2. MOLDAGEM DA PRÉ-FORMA
3. IMPREGNAÇÃO• uso de vácuo
• injeção (resina de baixa viscosidade)
• cura (molde aquecido)
RTM - ETAPAS DO PROCESSO
• braiding
• laminação
![Page 91: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/91.jpg)
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Maio/2017 91
molde
pré-forma
aplicação de vácuo
injeção de resina
MOLDAGEM
IMPREGNAÇÃO
RTM
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Maio/2017 92
aplicação de vácuo
injeção de resina
• alta pressão interna
• temperatura elevada
• sistema de aquecimento
• bom acabamento
alto custo
MOLDERTM
![Page 93: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/93.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 93
SISTEMA DE INJEÇÃO
bomba de vácuo trap
molde
atuador hidráulico
mangueira
mangueira
célula de carga
pistão
![Page 94: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/94.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 94
MATÉRIA PRIMA
• manta
• tecido seco
• braiding
RTM
![Page 95: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/95.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 95
MOLDE
PARA RTM
![Page 96: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/96.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 96
• alta velocidade causa bolhas / dobras
• alta viscosidade exige alta pressão
• alta pressão deforma o molde
• posição do injetor/saída (molhar o material)
PARÂMETROS DO PROCESSO
RTM
![Page 97: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/97.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 97
APLICAÇÕESRTM
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Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 98
APLICAÇÕESRTM
![Page 99: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/99.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 99
APLICAÇÕESRTM
![Page 100: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/100.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 100
• bom aproveitamento do material
• alta taxa de produção
• bom acabamento nas duas superfícies
• moldagem de formas complexas
• peças médias e pequenas
VANTAGENS
RTM
![Page 101: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/101.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 101
• custo do molde
• limitação de tamanho
• viável somente para lotes grandes
DESVANTAGENS
RTM
![Page 102: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/102.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 102
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 103: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/103.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 103
• pré-forma impregnada a vácuo
• molde rígido e saco de vácuo
• limite de conteúdo de fibra
• acabamento em uma superfície
• peças de grande porte sem responsabilidade estrutural com conteúdo de fibra moderado
CARACTERÍSTICAS
APLICAÇÕES
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 104: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/104.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 104
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINARFI – resin film infusion
molde
filme de resina pré-catalisada
pré-forma seca
bolsa de vácuo
bomba de vácuotrap
![Page 105: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/105.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 105
• fabricação da preforma
• posicionar filme de resina e preforma
• montar saco de vácuo
• aplicar calor e vácuo
• saturação da preforma com resina
• curar a peça
• desmoldagem
RFI – resin film infusion
![Page 106: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/106.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 106
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINALRI – liquid resin infusion
molde
pré-forma seca
bolsa de vácuo
bomba de vácuotrap
reservatório de resina
resina
![Page 107: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/107.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 107
• fabricação da preforma
• posicionar preforma no molde
• montar saco de vácuo
• infusão da resina a vácuo
• aplicar calor e vácuo
• curar a peça
• desmoldagem
LRI – liquid resin infusion
![Page 108: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/108.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 108
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 109: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/109.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 109
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 110: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/110.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 110
TÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 111: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/111.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 111
• bom aproveitamento do material
• alta taxa de produção
• molde de custo relativamente baixo
• moldagem de formas complexas
• peças de qualquer tamanho (particularmente útil para peças grandes)
VANTAGENSTÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 112: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/112.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 112
• acabamento em apenas uma superfície
• volume de fibra não muito elevado
• peças de baixa responsabilidade estrutural
DESVANTAGENSTÉCNICAS DE INFUSÃO DE RESINA
![Page 113: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/113.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 113
PULTRUSÃO
![Page 114: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/114.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 114
• processo contínuo
• baixo conteúdo de vazios
• alto volume de fibras
• ótimo aproveitamento do material
• peças com seção transversal constante (sólidas ou vazadas)
CARACTERÍSTICAS
APLICAÇÕES
PULTRUSÃO
![Page 115: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/115.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 115
PROCESSO
PULTRUSÃO
![Page 116: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/116.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 116
PULTRUSÃO
![Page 117: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/117.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 117
MATÉRIA-PRIMA
• carbono
• kevlar
• vidro
• poliester
• epóxi
• fenólica
FIBRAS RESINAS
PULTRUSÃO
![Page 118: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/118.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 118
• roving
• manta
• tecido
• braiding
MATÉRIA-PRIMA
PULTRUSÃO
![Page 119: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/119.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 119
• excelente aproveitamento do material
• alta taxa de produção
• alto conteúdo de resina (ou fibra)
VANTAGENS
PULTRUSÃO
![Page 120: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/120.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 120
• seção transversal tem que ser uniforme
• cura rápida pode reduzir propriedades
• baixa resistência transversal (com reforço unidirecional)
DESVANTAGENS
PULTRUSÃO
![Page 121: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/121.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 121
APLICAÇÕESPULTRUSÃO
![Page 122: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/122.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 122
APLICAÇÕES
PULTRUSÃO
![Page 123: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/123.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 123
BRAIDING
![Page 124: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/124.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 124
Máquina de Braiding
![Page 125: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/125.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 125
APLICAÇÕESalgumas configurações de peças
produzidas por braiding
BRAIDING
![Page 126: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/126.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 126
Cabos produzidos por braiding
BRAIDING
![Page 127: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/127.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 127
COMBINAÇÕES COM OUTROS PROCESSOS
PRÉ-FORMA
IMPREGNAÇÃO
CURA
Braiding
RTM
BRAIDING
![Page 128: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/128.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 128
BRAIDING
![Page 129: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/129.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 129
COMBINAÇÕES COM OUTROS PROCESSOS
PRÉ-FORMA
IMPREGNAÇÃO
CURA
Braiding
Pultrusão
BRAIDING
![Page 130: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/130.jpg)
Materiais Compósitos
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2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Maio/2017 130
BRAIDING
![Page 131: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/131.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Tecidos 3D
Maio/2017 131
![Page 132: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/132.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Tecidos 3D• tecidos 3D são laminados fabricados por braiding constituídos tipicamente de uma única camada
• vantagem: não há delaminação e minimiza problema de draping
• desvantagem: fabricação mais complexa
Maio/2017 132
![Page 133: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/133.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Tecidos 3Ddraping: há gaps e overlaps ao se depositar camadas sobre uma superfície de curvatura dupla
afeta a resistência
Maio/2017 133
![Page 134: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/134.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Ariane 5 ME equipment bay structure
solução: uso de tecido 3D
Maio/2017 134
![Page 135: MANUFATURA DE MATERIAIS COMPÓSITOS](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022072303/62da7686400c83160b7db06e/html5/thumbnails/135.jpg)
Materiais Compósitos
Prof. Sérgio Frascino M. de Almeida
2. Processos de fabricação
Universidade de São Paulo
Impactos mecânicos
• soluções:
Braiding (tecido 3D)
fiber metal laminates (glare)
laminados híbridos (carbono e kevlar)
Tecidos 3D
Maio/2017 135