Fibra de Vidro

Materiais Alternativos

 Antônio Jorge de Carvalho Júnior  Aluno - 2º semestre - Curso Técnico em Eletromecânica Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Tecnologia Sudeste de Minas  – Campus Muriaé

Materiais Alternativos

The school work is excellent.

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Também chamado de FiberGlass, é um tipo de Compósito, composto da aglomeração de finíssimos filamentos de vidro, que não são rígidos, altamente flexíveis. Quando adicionado à resina poliéster (ou outro tipo de resina), transforma-se em um composto popularmente conhecido como fibra de vidro, mas na verdade o nome correto é PRFV, ou seja, "Polímero Reforçado com Fibra de Vidro".

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Possui características como:  Alta resistência mecânica e à corrosões, durabilidade , conserva suas propriedades mecânicas ao longo do tempo,  fácil aplicação ,

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 fácil reparação, leveza,  cura rápida ,excelente aspecto ,  fácil acabamento, muita oferta de matéria prima,  permite inovação em aplicações conforme a criatividade .

 A composição básica da Fibra de Vidro seria:  Areia de sílica (SiO2), cal, óxidos de alumínio e de magnésio, ácido bórico e outros componentes secundários como a argila e carvão.  Mas como se obtém esses finíssimos filamentos de vidro?  Por acaso é com um tipo de ralador se vidro?  Ou os fios são tirados do curitimbó? 

O vidro já pronto, passa por um processo de fusão, a cerca de 1600° C, e após um processo de afinação.  Em seguida, o vidro fundido é distribuído em uma placa de platina com milhares de furos com 1 ou 2mm, chamada fieira, a uma temperatura de 1250° C;   Após, filamentos de vidro ainda quente são estirados mecanicamente até atingirem de 5 a 24 mm diâmetro e recebem um revestimento segundo sua finalidade.  Os fios são levados a uma estufa para secar o excesso de água e fixar os produtos do revestimento.  Por fim, são armazenados nas formas que serão oferecidas para moldagem, que veremos mais a frente. 

Composição

Fusão

 Afinação Distribuição

1550-1600ºC

1400-1450ºC

1370ºC

1340ºC Fieira Revestimento Produto final

1350-1400ºC 1250ºC

Mas o que são Resinas?  E Polímero?  E Polimerização? 

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Resinas 

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São polímeros preparados via processos de polimerização por adição ou por condensação. São amplamente utilizadas, na forma de soluções ou dispersões, na produção de tintas e adesivos. São divididas em dois tipos: Termofixas: Resinas que sob a ação do calor sofrem um processo de reticulação interna (crosslinking ), o que é tecnicamente chamado de processo de cura. O filme final é insolúvel em solventes. Termoplásticas: Resinas cujo processo de formação de filme ocorre exclusivamente pela secagem física (evaporação de solventes). Se o filme final for exposto aos solventes adequados será solubilizado novamente.

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Polímeros: 

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Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular, resultantes de reações químicas de polimerização. Os polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). O número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado grau de polimerização.

Polimerização: 

 Polimerização é a reação química que dá origem

aos polímeros. As unidades estruturais que dão origem às macromoléculas polímeros são denominadas monômeros.

TIPO A

INDICAÇÕES GERAIS Alto conteúdo em silício meios ácidos.

 elevada

resistência química a

AR

Conteúdo em ZrO2  elevada resistência química a meios  básicos.

B

Excelentes propriedades eléctricas e grande durabilidade.

C

Alta resistência química a meios ácidos.

D

Boas propriedades dieléctricas; transparência ao radar.

E

Boas propriedades eléctricas e mecânicas.

ERC R, S

Boas propriedades eléctricas e de resistência química. Elevado módulo de elasticidade e alta resistência mecânica;  preço alto.

TIPO

UTILIZAÇÃO

A AR

Reforço de cimento em argamassas e painéis.

B C

Camadas para a protecção exterior ou interior de canalizações e de tubagens.

D

Aparelhagem electrónica de elevada responsabilidade.

E

Utilização geral; cerca de 90% dos reforços em fibra.

ERC R, S

Estrutural de responsabilidade incluindo aeronáutica e bélica.

Efeito nas Propriedades das Fibras Si O2

Expansão térmica muito baixa.

Al2 O3

Melhora a durabilidade química.

B2 O3

Expansão térmica baixa.

Ca O

Resistência à água e a meios ácidos e básicos.

Mg O

Resistência à água e a meios ácidos e básicos.

Zn O

Melhora a durabilidade química.

Ba O

Aumenta a massa específica e melhora a durabilidade química.

Li2 O

Expansão térmica elevada e sensibilidade à humidade.

 Na2O3

Expansão térmica elevada e sensibilidade à humidade.

K 2O

Expansão térmica elevada e sensibilidade à humidade.

Ti O2

Melhora a durabilidade química especialmente em meios básicos.

Zr O2

Resistência a meios básicos.

Fe2 O3

Resistência a meios básicos; confere coloração verde.

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 A fibra de vidro é fornecida comercialmente em mantas , tecidos trançados, véu de vidro, fitas, cordéis (rooving ) ou Fibras Picadas que são lançados ou desfiados sobre o molde e impregnados de resina, para então se formar o Polímero Reforçado com Fibra de Vidro, o que nós também chamamos popularmente de fibra de vidro.

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Rooving: São os filamentos de vidro. É o tipo mais econômico de fibra de vidro. É fornecido em rolos de 20 kg e deve ser usado desenrolando-o por dentro. O uso mais comum é em um dispositivo que picota e espalha o fio sobre a superfície do molde, a pistola (spray-up). Mas também é na moldagem por pultrusão e Filament Winding. É caracterizado pela facilidade de corte, baixo nível de eletricidade estática, boa dispersão, boa retenção de propriedades mecânicas em ambientes agressivos e ausência de fibras brancas no laminado.

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Fibra Picada: - São filamentos picotados em pedaços bem pequenos, de 2 a 6 mm, para serem usados na fabricação de "flakes" de revestimentos especiais anti-corrosivos, como carga funcional em alguns laminados e em plástico injetado.

Rooving

Fibra Picada

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Mantas:

Existem dois tipos de Manta de Fibra de Vidro:   A Manta de Fios Picados fabricada com fios picados de vidro, com uma excelente compatibilidade com resinas poliéster, viniliester e epoxi. Estão particularmente adaptadas à aplicação em moldes abertos.  E a Manta de Fios contínuos fabricada com fios contínuos de vidro dispostos de forma aleatória em múltiplas camadas e unidos por um ligante. São destinadas à moldagem de peças entre molde e contra-molde. 

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Tecido: Tecido com teares especiais, trançado em uma, duas e três direções. O tecido é fornecido em várias espessuras, entre 140 e 500 gramas por metro quadrado. São utilizados quando se necessita de alta resistência de atração e recomendado para laminação manual de peças como embarcações, tanques e tubulações de forma em geral.

Manta

Tecido

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Fita:

São fabricadas com fios de fibra de vidro. São totalmente inorgânicas, de fácil aplicação.   As fitas de fibra de vidro, devido às suas propriedades estruturais, têm excelente aplicação como isolante elétrico e térmico. 

 Véu de Vidro:

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- São mantas muito finas, também chamadas de véu de superfície. O Véu de Vidro é muito usado com o objetivo de esconder as fibras de vidro, ou seja, não deixar que os desenhos de fibra apareçam na superfície. Tendo a propriedade de aumentar a resistência química. É um véu de superfície feito com um vidro resistente ao ataque químico, o que permite a durabilidade de uma peça, dando-lhe resistência contra soluções alcalinas e ácidas.

 Véu de Vidro Fita

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 É a forma como se trabalha a fibra nos estados antes citados, para se obter o produto final. Também pode ser chamado de  “processo de laminação”.

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 A moldagem pode ser manual, à pistola, ou pode ser mecanizado. O processo de moldagem é escolhido de acordo com o produto final e suas utilidades.

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MANUAL (“Hand Lay-Up”): Consiste em aplicar sobre um molde fibra de vidro e resina poliéster em camadas. Primeiramente a fibra de vidro é depositada sobre o molde e a resina é aplicada com pincel sobre ela. A seguir, o profissional força a resina a penetrar e umectar inteiramente a fibra de vidro, removendo as bolhas que se formam com os movimentos verticais do pincel.  A espessura do produto final é determinada pelo número de camadas aplicadas. A fibra de vidro depositada pode ser na forma de manta ou de tecido.

 Aplicação Manual

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Moldagem por pulverização ou à pistola (“spray-up”): Este processo assemelha-se ao anterior, com a diferença que a fibra de vidro e a resina poliéster são pulverizadas simultaneamente por meio de um equipamento que se assemelha a uma pistola de pintura, que possui além de um bico dispersor para a resina poliéster, um sistema de navalhas que corta a fibra de vidro em comprimento de 2,5 cm. Neste processo, a fibra de vidro é fornecida na forma de um cordão composto com muitos fios, enrolados em bobinas. É um processo com maior dificuldade para se obter a espessura desejada, assim como é maior é a dificuldade de ser mantida espessura constante em toda a peça a ser moldada. Contudo, o processo de fabricação é muito mais rápido do que a fabricação manual.

Moldagem por pulverização (spray-up )

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Moldagem por Injeção: O processo de moldagem por injeção é uma técnica de moldagem que consiste basicamente em forçar, através de uma rosca simples (monorosca), a entrada de material fundido para o interior da cavidade de um molde. Este processo é muito complexo em função do número de variáveis que afetam a qualidade da peça injetada. De modo a obter-se um processo de moldagem por injeção estável e peças com a qualidade desejada é necessário haver um equilíbrio entre os parâmetros de injeção como tempo de injeção, temperatura do molde e do material injetado, pressão de injeção e recalque, tempo de resfriamento, volume do material injetado, dentre outros. Atualmente as peças moldadas por injeção são usadas em larga escala pela indústria e estão presentes no interior dos automóveis, nos gabinetes eletrônicos, nos equipamentos médicos etc.

Moldagem por Injeção. Como se vê, envolve alta tecnologia, com maquinário computadorizado.

Moldagem por Centrifugação:  Este processo molda formas cilíndricas e ocas, tais como tanques, tubulações e postes.  Dentro do molde em movimento de rotação é injetado as fibras cortadas juntamente com a resina.  A impregnação da resina nas fibras e a compactação é feita pelo efeito de centrifugação. A cura da resina pode ser feita a temperatura ou em uma estufa. Este processo é utilizado em casos onde não se exige homogeneidade das propriedades mecânicas da peça. 

Esquema, e máquinas de centrifugação

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Processo Filamento Contínuo ( Filament Wilding , ou roving ): O filamento é produzido com equipamentos modernos, partindo de um suporte, passando por um tanque com resina catalisada e enrolado sobre o mandril rotativo que atua como molde. Ao final, combinam-se vários filamentos de fibra de vidro em mechas. Os filamentos são combinados sem torção e aglutinados com um tratamento compatível com resina poliéster. Com este processo obtem-se alto teor de fibra de vidro oferecendo altissima resistência mecânica aos materiais que serão fabricados.

Filamento Contínuo ou Filament Wilding

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Moldagem por Pultrusão: Este é um processo contínuo de fabricação de perfis lineares de seção transversal constante (como vergalhões, vigas, canaletas e tubos). Após a impregnação do reforço com resina, o material é puxado através de um molde de metal aquecido que dá a forma à seção transversal. A resina cura e o perfil está formado.

Esquemas de máquinas de Pultrusão

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Pré-forma (preform ): Este processo desenvolve-se em duas partes. Primeiro, um molde feito em tela fina com a forma aproximada do produto final é colocado diante uma câmara que produz vácuo. Em seguida é pulverizada a fibra de vidro cortada em pedaços de 2,5 cm com uma cola (binder), de muito pouca densidade, sobre o molde. Na segunda fase do processo, a pré-forma junto com a resina poliéster é colocada em uma prensa aquecida. Depois de alguns minutos, sob pressão e temperatura, a peça está moldada. Esse é o processo que foi utilizado para moldar as diversas partes do Chevrolet Corvette em 1953, primeiro automóvel fabricado com plástico reforçado com fibra de vidro. O carro é fabricado assim até hoje.

Corvette, primeiro carro com carroceria feita em fibra de vidro, e pela moldagem Preform 

Maquinário de Preform

 A Fibra de Vidro tem centenas de usos. Não daria para listar todos. Destacaremos os mais importantes e mais inovadores.

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Indústria Naval: Pranchas, barcos, lanchas, canoas, caiaques,  jet-skis;

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 Automóveis:

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Pára-choques, capotas, capôs, caixas de som, carrocerias, capacetes, tuning em geral;

Casa: 

Móveis, objetos de decoração, piscinas, revestimentos, banheiras, pias, lavatórios, luminárias, brinquedos, etc;

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Construção Civil e Arquitetura: 

Telhas, calhas, painéis, tubos, caixas d’água.

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Odontologia: 

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Reforços estruturais, isolamentos acústico, isolamento elétrico; Próteses dentárias;

Esporte: 

Raquetes, varas de salto, partes de bicicleta, etc;

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Defesa: Painéis blindados têm sido usados nas portas dos carros de polícia norteamericanos  A fibra de vidro também tem sido usada em tanques de guerra norte-americanos em revestimentos contra estilhaços de metralhadoras, para proteger tripulantes 

O que nós consideramos mais inovador:  Glare:  É uma associação Fibra de Vidro+Alumínio. São camadas muito finas de alumínio e fibra de vidro sobrepostas, coladas por um adesivo epóxi. Tem alta resistência à fadiga, à tração, ao fogo e a corrosão. Atualmente é utilizado no maior avião já construído: o  Airbus A380. 

Disposição das camadas do Glare