O papel da fibra
As fibras num sistema compósito são o principal elemento de suporte de carga e são responsáveis por propriedades estruturais como a resistência à tração e a rigidez. Quase todas as fibras utilizadas são sólidas e têm uma secção transversal circular; geralmente, quanto menor o diâmetro, maior a resistência da fibra.
As fibras em bruto têm o aspeto de simples tecidos ou têxteis, estes tecidos quando associados a resinas desenvolvem maior resistência do que materiais como o metal ou a madeira, mas são muito mais leves. As propriedades mecânicas do compósito fibra/resina são, portanto, dominadas pela contribuição da fibra para o compósito.
Os quatro principais factores que determinam a contribuição da fibra são:
- As propriedades mecânicas de base da própria fibra
- A interação superficial da fibra e da resina
- A quantidade de fibra no compósito
- A orientação das fibras no compósito
Propriedades básicas de fibras e outros materiais de engenharia comummente utilizados:
Material (Std)
Resistência à tração
(GPa)
Módulo de tração
(g/cc)
Densidade típica
Módulo
Alongamento até à rutura
(%)
Fibra de carbono
3500
400
1,8
1,5
Aramida / Kevlar
3100
120
1,5
2,5
Fibra de vidro
2400
85
2,5
4,8
Alumínio
400
1069
2,7
na
Aço
450
200
7,8
na
Aço inoxidável
800
196
7,8
na
Nota: Propriedades de materiais comuns; todos os dados devem ser utilizados apenas como guia; não constituem uma especificação.
Comparação simples de fibras:
Carbono
Aramida / Kevlar
Vidro
Resistência à tração
A
A
C
Módulo de tração
A
B
C
Resistência à compressão
A
C
B
Módulo de compressão
A
B
C
Resistência ao impacto
C
A
B
Cisalhamento interlaminar
A
B
A
Densidade
B
A
C
Fadiga por tensão
A
B
C
A = Melhor B = Médio C = Pior
O papel da resina
O principal objetivo das resinas nos compósitos reforçados com fibras, por vezes designados por “polímeros”, é ligar o reforço (fibras) entre si, permitindo a transferência de cargas entre fibras, e proteger as fibras sensíveis a falhas ou entalhes da auto-abrasão e de riscos induzidos externamente. Podem ser classificados em dois tipos, termoplásticas ou termoendurecíveis, consoante o efeito do calor nas suas propriedades.
Outras propriedades das resinas:
- Protege as fibras da humidade ambiental e da corrosão ou oxidação química
- Mantém as fibras de reforço na orientação correcta para suportar as cargas pretendidas
- Distribui as cargas através do laminado
- Oferece resistência à propagação de fissuras
Nos compósitos, as resinas mais comuns utilizadas são a epoxy, o viniléster, e o poliésteri. Estas resinas termoendurecíveis não podem ser fundidas ou moldadas novamente após a cura por aplicação de calor e pressão.
Comparação simples de resinas:
Poliéster
Viniléster
Epóxi
Propriedades mecânicas
C
B
A
Resistência à delaminação
C
B
A
Preço
A
B
C
A = Melhor B = Médio C = Pior