desenvolvimento e inovação em materiais compósitos...

Desenvolvimento e inovação em

materiais compósitos poliméricos

LANXESS Tech Series, 24 de Maio de 2012

Gerson Marinucci

IPEN/USP

Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci

Materiais compósitos

poliméricos

Transporte

Construção

Agricultura Esporte/Lazer

Medicina/Saúde

Química/Petroquímica

Alimentos Aeroespacial

Automobilística Energia Eólica

Náutica/Naval

Eletricidade

Papel/Celulose

Sucroalcolera

?????????

14,9 kg 9,7 kg

botijão de aço (projeto de 40 anos)

botijão compósito/aço/plástico

Propriedades mecânicas e propriedades específicas

dos principais materiais de engenharia

MATERIAL

( maraging 300)

7,80 1800 231 200 26

alumínio 2,63 620 236 73 28

berílio 1,82 1700 934 300 165

titânio 4,61 1900 412 115 25

f. vidro-E 2,54 3400 1339 72 28

f. vidro-S 2,48 4800 1935 86 35

f. carb.-HM 1,79 2350 1313 358 202

f. carb.-HS 1,77 3950 2232 238 134

aramida 1,44 2730 1896 62 43

aramida HM 1,44 2730 1896 117 81

peróba 688 142 0,66 455 94

r (g/cm3)

s ( MPa)

( GPa) E r

PRODUTO

Projeto/Análise de

tensões e deformações

Processos

Mão-de-obra

Ensaios

Ferramental Matéria-prima

Pesquisa e Análise

de Mercado

Material compósito, ou simplesmente compósito, é o

material que apresenta dois ou mais componentes

quimicamente diferentes, denominados de matriz e

fibra, que na escala microscópica mostra uma

interface bem definida separando os elementos

constituintes que formam o material.

Compósito

Compósitos de matriz polimérica

Utilizam matrizes termoplásticas, PEEK (poli-éte-

éter-cetona), PEI poli (eter imida), PSS poli (sulfeto de

fenileno) ou termofixas, epóxi e poliéster, por

exemplos, e elementos de reforço como fibras de

vidro, fibras aramida e fibra de carbono.

Particularmente, as resinas termofixas são

recomendas para utilização não superior a 200 ºC.

Materiais compósitos

poliméricos

Material de reforço

Fibra de vidro

Fibra aramida

Fibra de carbono

Matriz polimérica

Resina epóxi

Resina viniléster

Resina poliéster

Cargas, agentes e

aditivos

Anti-chama

Absorvedores UV

• Baixo peso específico

• Elevada resistência específica

• Alto módulo específico

• Ótima resistência à “corrosão”

• Liberdade de formas

• Flexibilidade de projeto

Vantagens Desvantagens

• Degradação das propriedades a

elevadas temperaturas

• Reduzida resistência ao impacto

• Relativa ausência de critérios de projeto

• Difícil e imprecisa a detecção de defeitos

• Procedimentos de inspeção são caros e complexos 9

PEI/PPS

Poliamida

Compósitos poliméricos – aplicações:

Aeronáutica e Espaço

Naval-Náutica

Automobilística

Construção Civil

Indústria Bélica

aviões, foguetes, satélites

lanchas, veleiros, jet-ski

carroceria, chassi, freios.

casas, telhas, mármore

sintético

mísseis, bazuca, torpedo

piscinas, raquetes,

brinquedos, caiaques

As propriedades de um compósitos são

dependentes:

- do tipo de fibra: carbono, aramida e

- do tipo de matriz polimérica: epóxi,

poliéster, estervinílica, PEI, PPS

- das proporções entre esses materiais

O faturamento do segmento em 2011 foi

de R$ 2,582 bilhões, com crescimento

de 10,4% em relação a 2010.

Em volume, o crescimento foi de 1,5%,

totalizando 208 mil toneladas.

Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos

Fonte: Reinforced Plastics, December, 2005 13

Consumo de compósitos nos EUA

Consumo de compósitos no Brasil-2008

transporte 30%

constr. civil 27%

energia eólica

náutico 10%

corrosão 8%

lazer 5%

elétrico 2%

outros 2%

transporte

constr. civil

energia eólica

náutico

corrosão

elétrico

outros

190 mil toneladas e faturamento bruto de R$2,2 bilhões

Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos 14

Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos

Brasil 0,66 kg/hab/ano

EUA 4,50 kg/hab/ano

Europa 6,00 kg/hab/ano

Mas por que utilizar materiais compósitos?

Benefícios dos materiais compósitos poliméricos

• Menor peso

• Elevada da resistência mecânica

• Elevada resistência a fadiga

• Elevada resistência e módulo específicos

• Estabilidade dimensional

• Elevada resistência ao ataque de produtos químicos

• Processabilidade/Redução das etapas de produção

• Flexibilidade de Projeto

Um dos requisitos nos projetos atuais de veículos é a

redução de peso

E isso se traduz na otimização do projeto, bem como

na seleção de materiais mais leves

Lightweighting

É o processo de redução de peso de um produto,

componente ou sistema para o propósito de melhorar

o desempenho, o suporte operacional (durabilidade,

reparabilidade) e capacidade de sobrevivência

(impacto).

Ford anuncia parceria com a Dow Química para

expandir o uso de fibra de carbono em veículos

A Ford anunciou uma parceria com a Dow Automotive

Systems para pesquisar a aplicação de compostos

avançados de fibra de carbono em carros de alto

volume. O acordo faz parte da meta da Ford de

reduzir o peso de seus veículos em cerca de 340 kg,

até o final da década, para aumentar a economia de

combustível.

Fonte: Ford

19/04/12 20

Fonte: Ford

19/04/12

Os compostos de fibra de carbono têm sido usados há

décadas na indústria aeroespacial e carros de

competição, devido à sua combinação única de alta

resistência e baixo peso. Até recentemente, esses

materiais eram muito caros para uso em produtos de

alto volume de produção.

O acordo da Ford com a Dow Automotive Systems

prevê a colaboração dos pesquisadores em diversas

frentes, com foco na criação de fontes econômicas de

fibra de carbono e métodos de produção de alto

volume para aplicação automotiva.

Fonte: www.toray.com/ir/press/pdf/050412press.pdf

Expansão do consumo de fibra de carbono

Concepção, desenvolvimento e aplicação de

processo e materiais leves

Economia final aprimorada

Melhor desempenho

Quando em um projeto se opta por novos

materiais, as primeiras interrogações geralmente

colocadas são:

• Quais são suas propriedades?

• São eles melhores do que os disponíveis no

mercado?

Essas perguntas assumem um papel ainda mais

relevante quando se aborda os compósitos

poliméricos, dada as inúmeras possibilidades de

formação (construção) do material.

PRODUTIVIDADE QUALIDADE

DESEMPENHO

ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL

27 Produto Lanxess

marinuci@ipen.br

BOEING 787

metal sheets

composites

assembly

Textile

Forming

Preformed

RTM/RTM Light

Materials Characterization

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