barco composito

Jorge Nasseh

Rio de Janeiro, 2007

2007 Jorge Nasseh

Todos os direitos desta ed io reservados Jorge Nasseh. P.O.Box 5214, Rio de Janeiro, RJ, CEP 22072-970, Rio de Janeiro.

www.barracudatec.com.br

Texto e CoordenaoJorge Nasseh

Edio GeralCecil ia Veiga

Projeto de CapaBrbara Cotta

Isis Karol

DiagramaoBrbara CottaCecil ia VeigaIsis Karol

IlustraesJorge Nasseh

RevisoCl io AlbuquerqueMar ia Elisa Nunes

Catalogao de Livros na Fonte

Nasseh, Jorge. Barcos - Mtodos Avanados de Construo em Composites / Jorge Nasseh.- Rio de Janeiro. 2007. 1.Barcos - Construo - Manuais, guias, etc. I. Ttulo.

5SUMRIO

SPrefcio

1 Introduo

2 Consideraes do Projeto e MateriaisIntroduoConsideraes IniciaisPesoDistribuio de PesoTeor de FibrasPropriedades Direcionais das FibrasRelao Tenso x DeformaoCisalhamento InterlaminarPropriedades Dinmicas de FadigaResinasResina PolisterResinas EstervinlicasResinas EpoxyMecanismos de CuraFatores que Influenciam a Reao de CuraMtodos de Teste e Controle de ResinasPromotores e AceleradoresIniciadores e CatalisadoresDosagem RecomendadaComo Medir a Cura de um LaminadoGrau de CuraTemperatura de Transio Vtrea (Tg)Temperatura de Distoro Trmica (HDT)Ps-CuraPerfil de Temperatura Durante a CuraO Processo de Ps CuraBinmio Tempo x TemperaturaComo Fazer a Ps-CuraA Ps-Cura por Exposio ao SolAgentes de CuraMateriais SandwichTipos de Materiais SandwichNcleos de MadeiraNcleos de Espuma de PVC

Espuma de PVC Renicell E Espuma de PVC Tipo HDEspuma de PVC Tipo H

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Sumr io Barcos - Mtodos Avanados de Construo em Composites

Fibras de Vidro Tipo R e SFibras Aramidas Tipo Kevlar e TwaronFibras de CarbonoTipos de ReforoTecidosTipos de TramaTrama PlanaTrama Twill e SatinTrama UnidirecionalTrama MultiaxialTrama Hbrida

Materiais de Ncleo Tipo Colmia - Honeycomb

Fibras de ReforoFibras de Vidro Tipo E

Espuma de PVC Tipo HCP E Espuma de PVC Tipo HPEspuma de PVC Tipo HT

Honeycomb Tipo NomexHoneycomb Tipo Aramida (Kevlar)Honeycomb de Alumnio

3 Construo em Strip PlankingHistrico do MtodoDesenhando Planos para Construo em Strip PlankingConvertendo Planos para uso do Strip PlankingFerramentasSeleo das Espumas para os StripsTipos de Resinas para Construo em Strip PlankingTipos de ReforosO Problema dos OverlapsLaminao Longitudinal x Laminao TransversalConstruo da Base ou PicadeiroCorte das Cavernas - Desconto das EspessurasMontagem das CavernasAjuste das Cavernas no Nvel VerticalStrip de Apoio na Linha de Centro e BordaCorte dos Strips e Definio das LargurasEmenda LongitudinalDesmoldante sobre as CavernasColocao do Strip Inicial e Fixao com ParafusosColocao do Segundo StripMassa de Colagem dos StripsMontagem dos StripsConstruindo um Bordo de cada vezFechamento na Linha de Centro e Roda de Proa

5860606161626364656667687172737375777983

85858890929799

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Jorge Nasseh Sumr io

Removendo Pregos e ArruelasLixando a SuperfciePreparando o Incio da LaminaoMaterial Descartvel para LaminaoLaminao Mista de Strip Planking e Panel Planking

Virando o CascoLaminao InternaConstruo com Placa Plana

Laminao do Convs

4 Construo a VcuoProjeto de Construo e Escolha do Mtodo ConstrutivoVantagens do Vacuum Bag x Hand layupAutoclave x Vacuum BagClculo de Frao em Volume e Frao em PesoCusto Hand Layup x VcuoTeoria do Processo a VcuoMaterial Descartvel

Filmes de VcuoFilmes PerfuradosPeel PlyBreather

Chapeamento do FundoRipa do ChineForrao do CostadoLixando a SuperfcieLaminao ExternaMassa e Acabamento

Laminao do Fundo e CostadoLaminao

Montando as BalisasPlacas e RipasLateral da CabineAcabamentos e Detalhes FinaisLaminao ExternaLaminao Interna

Laminao de Peas SimplesColagem do Core ou 100% Laminao a VcuoSkin Coat - Molde Macho ou One-OffConstruindo em uma EtapaLaminao do Convs

Quantidade de Vcuo - Block FilmMontagem da Rede de Vcuo - Tomadas de Vcuo

Tacky TapeConexes e Vlvulas

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Espessura do FundoEspessura da QuilhaOverlap no ChineEspessura dos TecidosNmeros de Reforos Longitudinais e TransversaisDimenses Padro das Estruturas do Fundo

5 Construo pelo Mtodo de InfusoEscolha do Mtodo ConstrutivoHistriaFundamentos da InfusoVantagens do Processo de InfusoResistncia x Teor de FibrasFrao em Peso e Frao em Volume

Infuso com uma Linha PrincipalModelo Matemtico de Fluxo - Flow ModelMeio de Escoamento da Resina - Tipos de Fibra, Resina e CoreInfuso com Linhas SeqenciaisPropriedades da Matriz de ResinaMontagem das Linhas, Bolsa de Vcuo e TrapsTeste de Integridade do Molde e Leak DetectorAspectos Cosmticos da Infuso - Skin CoatLaminao das Estruturas InternasCheck ListInfuso com Mltiplas Linhas de ResinaLinhas de Vcuo em SrieLinhas Principais e Secundrias de ResinaCompressibilidade de Laminados SlidosEspessuras de Reforos no Processo de InfusoInfuso com Laminados SlidosInfuso de ConvesesInfuso com Mltiplas Linhas de Resina e VcuoInfuso por PartesPreparao da Resina

6 Determinao de Espessuras

Alinhamento e Compactao das FibrasTeoria do Processo

Calculando Detalhes EstruturaisGrficos de Espessuras - Clculo PrticoNmero EstruturalEspessura do Costado

Laminao por PartesLaminao InternaLaminao Interior - Open Carbono

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Jorge Nasseh Sumr io

7 Detalhes Estruturais

Tabelas de Converso

Agradecimentos

Anotaes

Quantidade de Anteparas e EspessurasColagem das AnteparasConstruo em SandwichConstruo do ConvsConstruo do CostadoConstruo do FundoMdulo de Seo

IntroduoDetalhe de Montagem entre Casco e Convs

Detalhe de Passagem de Longarinas e AnteparasDetalhe de Reforos em L e TDetalhe de Construo entre Fundo e CostadoDetalhe de Construo de SprayrailsDetalhe da Construo de Quinas no CostadoDetalhe da Montagem de Pisos e ConvsDetalhe de Montagem na Borda Detalhe de Montagem de Sadas de CascoDetalhes de Fixao de FerragensDetalhe de Fixao da Quilha

Detalhe de Montagem de Anteparas

Detalhe de Construo de ConvsDetalhe de Gaiutas e Tampas

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1INTRODUO

Foram vrios os motivos que me levaram a escrever este novo livro, mas o primeiro foi, com certeza, o sucesso que o livro Manual de Construo de Barcos obteve at agora. Eu sempre achei que um livro que ensinasse o que demorei anos para aprender fosse ser de grande valia, mas nunca imaginei que um livro escrito em portugus fosse ser vendido em todo o mundo.

Alguns anos se passaram depois da primeira edio do Manual de Construo de Barcos, por isto mesmo vrios barcos j foram construdos com a ajuda dele e dos engenheiros e tcnicos que tra-balham comigo. Lembro quando comecei meu trabalho na Barracuda, e como foi difcil convencer os construtores a utilizar um novo processo de construo que focasse no uso de materiais leves e resistentes ao invs de materiais convencionais como bra de vidro, resina polister e madeira.

Atualmente milhares de barcos construdos com esta tecnologia em todo mundo comprovam que o esforo feito neste sentido levou a indstria de barcos do Brasil a um estgio de importncia mundial. Temos hoje vrios estaleiros produzindo barcos com padres globais e exportando para boa parte do restante do mundo. Muitos dos construtores e laminadores que esto cheando os maiores estaleiros do pas foram treinados por engenheiros com os quais tive o prazer de trabalhar. O melhor deste trabalho que muitos deles tm uma boa noo sobre como construir qualquer barco de alta performance usando as tcnicas mais avanadas disponveis, mas ainda conhecem pouco da teoria que est por trs destas inovaes. E este conhecimento que possibilita ousar, ter conana e experincia na arte de construir barcos.

Nos ltimos tempos todos os construtores de barcos tm passado por uma srie de desaos para minimizar o consumo de materiais, reduzir a quantidade de horas de construo, criar um ambien-te limpo para os funcionrios e, nalmente, gerar lucro para suas empresas. Isto no fcil para qualquer tipo de indstria, mas terrivelmente penoso para quem trabalha com produtos ligados ao segmento de lazer. Construir bem e gerar lucro matria das mais difceis quando o produto em questo se chama barco.

No estgio em que nos encontramos, tenho pelo menos 20 outros engenheiros e experts em cons-truo de barcos ao redor do mundo trabalhando comigo 24 horas por dia que permite trocar experincias e aprender com os acertos e principalmente com os nossos erros. Ningum, nem o maior dos maiores est livre de falhar, mas avaliar e saber corrigir o que deu de errado torna um construtor experimentado e competente.

H trs meses quando decidi a escrever este novo livro, e o intitulei como Barcos Mtodos Avan-ados de Construo em Composites, tinha em mente passar a informao que muitos construtores me requisitavam. Existem hoje poucos estaleiros que conseguem ser lucrativos usando tcnicas de construo derivadas daquelas dos primrdios da construo em bra de vidro. Todos sabem que os dias esto contados para processos amadores que envolvem horas e horas de trabalho artesanal sem qualicao. Procurar tecnologias e processos que possibilitem o bem-estar dos funcionrios, lucratividade para as empresas sem prejuzo para o meio ambiente o dever de todo empresrio, construtor amador ou semi-prossional.

Este livro tem a inteno de mostrar algumas das tcnicas mais empregadas por construtores pro-ssionais, mas tambm mostra os passos fundamentais de uma tcnica de construo que pode ser

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Introduo Mtodos Avanados de Construo em Composites

utilizada por amadores, e torna possvel construir um barco em pequeno espao de tempo com uma grande margem de sucesso.

O primeiro captulo do livro, sobre engenharia de materiais, uma extenso do Manual de Cons-truo de Barcos, mas adiciona vrios tpicos interessantes sobre as propriedades mecnicas de laminados construdos no sistema a vcuo e ps-curados com resina epoxy. Boa parte do captulo refere-se ao uso de bras de carbono e seus compostos laminados no sistema a vcuo ou infuso. Cada vez mais eu acredito que os dias dos laminados manuais esto no m e que o uso da bra de vidro vai car cada vez mais restrito s aplicaes de baixa tecnologia ou onde bras de carbono no tm espao devido ao custo.

Barcos construdos com bras de carbono ou bras aramidas tm um desempenho extremamente superior ao dos barcos construdos com resina polister e bra de vidro. Quem utiliza um barco com uma tecnologia mais avanada feito de materiais com maior grau de engenharia no retorna para laminados de bra de vidro, infelizmente. O captulo sobre materiais ainda detalha o uso de vrios tipos de tecidos de carbono, aramida e vidro com resinas epoxy laminadas a vcuo e ps--curadas em alta temperatura, o que indica uma tendncia de uso de procedimentos aeronuticos na maior parte das aplicaes em barcos.

Tambm foi dada grande ateno para as diversas conguraes de materiais sandwich, principalmente espumas de PVC utilizadas hoje em barcos de produo seriada e que se encaixam perfeitamente no processo de laminao por infuso. O avano na fabricao das espumas de PVC permitiu que os barcos passassem para um estgio superior de performance. difcil achar um barco produzido que no possua em seu casco a tecnologia de construo em sandwich. Tanto a tecnologia de fabri-cao destas espumas, quanto a sua utilizao em processos que permitem fabricar partes com o padro aeronutico, tm permitido que estaleiros prossionais em todo o mundo possam processar laminados com menor quantidade de trabalho. Laminados fabricados com bras como carbono e aramida associadas ao uso de resinas epoxy apresentam metade do peso e uma frao do trabalho de um barco produzido em laminado convencional de bra de vidro.

As excees cam por conta de laminados de tecidos biaxiais com resina polister ou estervinlica laminados por infuso e curados com alta temperatura. Mesmo utilizando uma tcnica avanada com materiais econmicos, possvel associar materiais simples com um extraordinrio ganho de performance. Cada vez mais construtores prossionais tm notado que o uso de presso e tempe-ratura sobre os laminados podem torn-los bem mais resistentes e leves que os padres usuais de construo. Neste livro tento sempre mostrar a possibilidade de usar presso e temperatura como variveis simples e econmicas para produzir barcos melhores.

Nos captulos sobre fabricao, eu decidi focar um processo por vez, pois co mais conante no resultado desta forma de abordagem para construtores semiprossionais e amadores. O pro-cesso de fabricao em strip planking ou panel planking realmente uma das formas mais rpidas e ecientes de se construir um barco ou um prottipo que possa gerar uma srie de bem-sucedidos cascos. Durante os ltimos anos participei de uma srie de projetos que usavam ou adaptavam a tcnica que acabei herdando de um grande construtor, e pelo que entendo foi quem a introduziu em escala prossional. Depois de fabricar alguns barcos com este processo e ver bons construtores prossionais adaptando o seu uso me convenci de que existe uma srie de variaes sobre o tema que pode ser explorado na direo de se construir rpido e barato com materiais nobres. Com certeza nos prximos anos vamos acabar descobrindo possibilidades que iro ajudar construtores de diversas qualicaes a utilizar este sistema na construo de barcos de todos os tipos.Como informao direta para os fabricantes que primam por uma construo de classe, inseri um captulo exclusivo sobre construes a vcuo que explora o uso desta tcnica na construo de

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Jorge Nasseh Introduo

barcos a motor e a vela. No resta nenhuma dvida que este tipo de laminao pode proporcionar uma resistncia superior aos laminados fabricados atualmente e gerar um consumo de material extremamente baixo quando se utilizam bras de alto mdulo de elasticidade. Tanto casco como convs, assim como anteparas e reforos estruturais podem ser fabricados utilizando a presso atmosfrica para se obter laminados com metade do peso daqueles fabricados manualmente.

Tentei sempre dentro do escopo do livro mostrar fotos que possibilitem o acesso a vrios tpicos complexos e vericar a sua aplicao por meio de construes realizadas pela equipe de engenha-ria da Barracuda. Tenho certeza que a seqncia de fotos publicadas neste livro nica entre os manuais de construo espalhados por muitos pases e publicados em diversas lnguas, tornando a leitura ainda mais compreensvel. Vericar os detalhes nas fotos permite que os construtores aprendam e desenvolvam suas prprias solues em construes futuras. Eu sempre acreditei que existem diversas possibilidades de se construir a mesma pea utilizando tcnicas, seqncia e detalhes diferentes de construo. Mesmo onde trabalho, cada um dos engenheiros decide como e onde utilizar determinado material e processo, o que no necessariamente coincide com minhas idias. Certamente os leitores no devem tomar minha opinio como palavra nal sobre qualquer assunto, e eu caria feliz se pelo menos as transcritas neste livro levassem os construtores a desen-volver suas prprias solues.

No decorrer dos captulos sempre tento mostrar o lado econmico das solues de engenharia de modo que seja possvel construir um barco de qualidade superior sem as penalidades do custo excessivo, contudo cada um deve julgar o valor de pensar e detalhar antecipadamente cada passo da construo, e nunca imaginar que pode fazer tudo sozinho. A ajuda de um bom projetista de linhas ou um expert estrutural pode modicar o padro de construo de um barco e proporcionar um ganho em tecnologia inigualvel.

O captulo sobre infuso trata de uma tecnologia cada vez mais consagrada e aplicada por constru-tores prossionais, talvez em um futuro prximo a maioria dos barcos seja construda deste modo. Durante os ltimos anos acabei construindo ou participando da construo de uma centena de barcos por infuso de tamanhos que variam entre 25 e 120 ps, todos com tremendo sucesso. O time de engenheiros da empresa em que trabalho hoje pode ser considerado como um dos melho-res do mundo e com vrios recordes em rea de infuso. A partir do treinamento que recebemos, conseguimos gerar um excelente nvel de tecnologia que garantiu nossa participao em projetos em vrios outros pases com extraordinrio ndice de sucesso.

Detalhamos ainda no captulo o processo de infuso e a tecnologia desenvolvida pela Barracuda em barcos que variam entre 25 e 400 m2 de rea com tempo de infuso menor que uma hora, o que mostra uma enorme reduo em termos de fora de trabalho, tempo e consumo de matria-prima.

Os dois ltimos captulos do livro so diretamente ligados ao uso de tcnicas de construo e dimensionamento de estruturas em composite, preferencialmente em sandwich onde tento mostrar as possibilidades de clculo estrutural simplicado para a maioria dos barcos em questo. O leitor deve entretanto estar atento para que nenhum destes clculos seja tomado como resultado nal, e sim como uma aproximao inicial para futuros desenvolvimentos junto com projetistas, construtores e engenheiros.

Aproveitei a oportunidade para adicionar alguns desenhos feitos mo. Durante anos como cons-trutor prossional acabei produzindo e guardando para mostrar aos laminadores minha forma de realizar junes e detalhes estruturais. Eu entendo que hoje em dia a possibilidade de gerar estes desenhos em computador talvez fosse melhor, mas eu no poderia deixar de listar os problemas e solues que vrios dos meus colaboradores nesta jornada utilizaram, concordaram e discordaram.

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Introduo Mtodos Avanados de Construo em Composites

Espero que a leitura deste livro possa mostrar vrias situaes com que me deparei durante a minha vida prossional de construtor e como presidente da empresa Barracuda Advanced Composites. Tenho certeza que muitos vo utilizar estas notas, adaptar novas solues e mesmo criar outras mais bem-sucedidas. Para todos que chegarem l eu espero ter ajudado a construir melhor, mais leve e mais rpido.

Boa sorte,

Jorge NassehBarracuda Advanced Composites

Rio de Janeiro, BrasilAbril/ 2007

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2CONSIDERAES DO PROJETO E MATERIAIS

Introduo Escolher o tipo de material para construir determinado barco muitas vezes no uma tarefa fcil, devido variedade de opes existentes, como ao, alumnio, madeira, bra ou mesmo a combi-nao de todos eles. Apesar da maior parte desses materiais estar no mercado h vrias dcadas e no inclurem modicaes substanciais em sua formulao bsica ou no seu manuseio, surpre-endente notar que a maior parte das pessoas no possui um conhecimento correto sobre o uso de cada um deles.

Geralmente, para a construo de um barco, ou talvez de uma pequena srie, existe um nmero enorme de opes, embora, dentre todas, a bra de vidro seja a mais popular. No existe nada de errado em construir barcos de madeira, ao ou alumnio, at mesmo ferro-cimento ou outro material alternativo. No entanto, do ponto de vista econmico, existem poucas opes que possam superar barcos fabricados em bra de vidro e, no que se refere ao investimento e valor de revenda, barcos construdos em bra tm, certamente, a menor depreciao ao longo do tempo.

Na realidade, qualquer tipo de construo segura, quando todos os elementos e etapas do processo so planejados. No existem materiais bons ou ruins, seguros ou no, mas sim projetos e construo bem-feitos ou malfeitos.

Na hora de decidir a respeito da utilizao de determinado material, comum considerar o projeto, tipo de construo e matrias-primas de uma forma global. Seria muito difcil separar tais variveis e, freqentemente, cada projeto tem um nmero limitado de opes disponveis. O construtor deve sempre considerar que a diferena entre o custo de fazer bem-feito e malfeito muito pequena. Um bom planejamento e uma boa superviso podem tornar a construo muito mais eciente. No levar em conta o custo de mo-de-obra, ainda que em muitos locais os salrios sejam baixos,

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Captulo 2 Barcos - Mtodos Avanados de Construo em Composites

um erro bsico, pois o tempo consumido e o custo da mo-de-obra podem ser superiores ao custo do material.

Nos ltimos anos, os materiais compostos tm encontrado um lugar importante como material de engenharia para vrias aplicaes em diversos tipos de indstrias. Dentre elas, a construo de barcos tem sido uma das mais importantes. O sucesso da utilizao de materiais compostos para fabricao de barcos devido a um grande nmero de vantagens que esses materiais tm quando comparados a outros tipos.

Aramida

B

B

C

B

C

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B

B

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B

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A

A

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Carbono

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A

A

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C

A

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Vidro

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A

FIBRAS DE REFORO - PROPRIEDADES COMPARATIVAS

Alta Resit. a Trao

Mdulo de Trao

Resistncia a Compresso

Mdulo de Compresso

Resistncia a Flexo

Mdulo de Flexo

Resistncia ao Impacto

Resist. Interlaminar ao Cisalhamento

Resistncia ao Cisalhamento

Densidade

Resistncia a Fadiga

Resistncia ao Fogo

Isolamento Trmico

Expanso Trmica

Custo

A = Excelente B = Aceitvel C = Baixo

Uma das principais vantagens sobre materiais como ao e alumnio a variedade de estruturas que pode ser conseguida combinando materiais bsicos. Entretanto, a grande diferena em relao a outros tipos de materiais se deve ortotropia, que signica que o material pode resistir de forma diferente quando submetido a cargas em diferentes direes. possvel, ento, construir uma em-barcao mais leve e resistente, colocando bras apenas nas direes onde existam foras atuando. Essa caracterstica oferece tanto ao projetista como ao construtor a oportunidade de ajustar os materiais s especicaes de cada pea e ao tipo de processo de moldagem, alm de fazer uma combinao que seja mais resistente para o barco. Os materiais compostos ainda possuem outras grandes vantagens quando comparados com outros produtos para construo de embarcaes. Podem ser citadas, por exemplo, a excelente resistncia e relativa rigidez para sua densidade; so fceis de utilizar, so muito leves, fceis de reparar, tm uma boa resistncia corroso e s intem-pries e tm tambm uma grande resistncia abraso.

Os materiais compostos tm sido utilizados para a construo do casco, convs e outras peas do interior. Na maioria das vezes, peas fabricadas com materiais compostos so produzidas com au-xlio de moldes, por isto vrias formas complicadas podem ser desenvolvidas, e seria praticamente impossvel, ou melhor, dicilmente seria possvel mold-las com qualquer outro tipo de material. Isso d uma vantagem e uma liberdade adicional para o projetista explorar um grande nmero de formas possveis.

Atualmente, a maior diculdade quando se comea a construir um novo projeto em composites a variedade de produtos e tcnicas disponveis para o construtor. Seja ele prossional ou amador, a diversidade de opes mais um problema que uma soluo. bem verdade que ao se comprar um projeto detalhado a maioria das informaes sobre especicaes, propriedades mecnicas,

Consideraes Iniciais

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Jorge Nasseh Consideraes do Projetos e Mater ia is

materiais, direo de laminao, quantidade de bra, resina e espessuras j vem listada nos desenhos fornecidos pelo projetista. Mas sempre aconselhvel conhecer as principais variveis de enge-nharia dos componentes envolvidos na construo de um barco fabricado em material composto. Mesmo que o entendimento dos materiais separadamente seja importante, necessrio tambm considerar como eles se complementam, afetam uns aos outros e como o processo de construo pode determinar a qualidade nal do produto.

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Um dos requisitos mais bvios em um projeto garantir que o barco seja sucientemente forte e seguro para suportar os vrios esforos a que estar sujeito durante o seu uso, seja um pequeno barco de passeio com motor de popa ou um veleiro para dar a volta ao mundo disputando uma regata. Em todos os casos, o construtor deve observar que a segurana vem em primeiro lugar. verdade que barcos de recreio tm requisitos diferentes dos requisitos dos barcos comerciais e mesmos dos barcos militares. Nos dois ltimos o tempo de vida da estrutura e mesmo a segurana dos passageiros tm um peso diferente. Barcos comerciais de passageiros devem proporcionar total segurana em termos estruturas, navegabilidade e principalmente resistncia ao fogo para a tripulao e passageiros. Barcos militares tm outras prioridades. Mas, acima de tudo no se pode deixar a segurana car em segundo plano quando se considera somente o custo de construo.

Muito se fala na resistncia dos materiais em termos individuais, o que um absurdo quando o construtor tem que mixar diversos materiais dentro de uma estrutura complexa. Na prtica, no a tenso nal de ruptura de determinado material que cria os maiores problemas em um projeto, mas a necessidade de rigidez que algumas vezes difcil de ser alcanada. Construes em material composto no falham de uma hora para outra, a no ser sob fortes impactos. O modo mais comum de falha um decrscimo de propriedades mecnicas ao longo do tempo, devido baixa qualidade de fabricao e dos materiais utilizados. Assim, certo que os efeitos desta baixa qualidade s sero identicados algum tempo aps o incio do uso da embarcao.

Existem dois tipos de rigidez que devem interessar a quem projeta ou fabrica barcos. A primeira a individual, refere-se a cada painel do casco ou do convs, que precisa resistir aos esforos locais de exo. A outra a rigidez do casco e do convs como um todo, que devem suportar o carre-

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gamento global de cargas. Na maioria dos casos a primeira a mais importante visto que somente em barcos de comprimento acima de 20 metros necessrio fazer uma anlise global da estrutura. O termo que utilizamos para medir a rigidez em um material chamado de mdulo de elasticidade. Mdulo de exo diz respeito resistncia exo e mdulo de trao e compresso diz respeito capacidade do material de resistir aos esforos de trao e compresso.

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A rigidez local exo dos painis do casco importante em qualquer barco. Caso os esforos externos e presses deformem o casco a ponto de alterar signicativamente suas caractersticas hidrodinmicas, a performance do caso ser alterada e possivelmente sua estrutura estar sujeita a nveis de stress no calculados, podendo induzir vibraes e rudos indesejveis na estrutura. Caso isto acontea, a superfcie suave das linhas do casco estar sendo alterada a todo o momento em que este passe por uma onda. lgico que esta deformao no visvel, mas certo que existe uma energia sendo desperdiada para deformar o casco em vez de impulsion-lo para frente.

Importante ressaltar, que a rigidez, ou resistncia exo de um painel, depende das suas dimen-ses, rea, espaamento entre apoios, da espessura e mdulo de exo do material. Dessa forma, a variao da rigidez do painel pode ser alcanada com a mudana de qualquer um desses fatores. Em adio a todos estes fatores, o uso de bras de alto mdulo, menor quantidade de espaos vazios no laminado, melhor compactao e ndice de cura apropriado fazem com que os painis da estrutura tenham propriedades acima do nvel apresentado pela maioria dos barcos de produo convencional.

A outra varivel envolvida no dimensionamento de um barco, e de difcil previso, a quantidade de carregamento, distribudo ou concentrado, atuando em cada parte do casco. Normalmente se usam teorias aproximadas para obteno destes valores, so levados em conta o estado de mar, altura de onda e algumas caractersticas de operao da embarcao. Velocidade tambm um fator determinante nos nveis de presso na estrutura. Obviamente, quanto mais rpido um barco navega, maior ser a energia de impacto gerada pelas ondas.

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Hoje em dia a maior parte das teorias de avaliao de presso e acelerao vertical experimentadas por uma estrutura esto disponveis para projetistas e construtores. Porm, o uso destas ferramentas exige experincia. Caso contrrio, podem levar a respostas erradas para problemas mal formulados. Muitos programas de gerao de superfcies e linhas oferecem estimativas do clculo de presses em ondas, embora seu enfoque seja meramente qualitativo. Uma boa anlise de cargas e presses necessita de um conhecimento dos nveis de acelerao vertical aplicados nestas estruturas. difcil quanticar este dimensionamento sem o auxlio de medidores xados na estrutura do barco. Pode-mos tomar como exemplo as estruturas de monocascos ou catamarans a vela sujeitos a velocidades acima de 30 ns. H muitos anos seria impossvel construir barcos com estas caractersticas devido falta de conhecimento sobre como agem as presses em cada ponto da estrutura. Mesmo que se tenha a possibilidade de avaliar a carga local em qualquer painel, no se deve considerar estes valores de modo absoluto. O maior nvel de presso, ou o pico de presso, somente age em pequena rea do laminado e assim mesmo em uma pequena frao de segundos.

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Projetistas e construtores de barcos de alta performance esto, normalmente, voltados para a ne-cessidade constante de rigidez nos painis, projetando e construindo dentro dos limites do material. Fatores de segurana e probabilidade de falha so os grandes aliados para se projetar uma estrutura eciente. Embora nunca se deva desprezar a utilidade dos fatores de segurana comprovados para cargas estticas, dinmicas, de alta freqncia e fadiga, o uso de teoria probabilstica oferece maior exibilidade para o dimensionamento de estruturas mais leves.

A razo bsica de transversais e longitudinais serem colocadas em um barco reduzir a rea livre dos painis entre seus apoios e assim minimizar o nvel de deexes. Existe uma innidade de opes para se construir a parte estrutural ou chassi de um barco. Esta estrutura pode ser feita ou moldada sobre pers pr-fabricados em composites ou pode ser feita a partir de estruturas sandwich montadas de forma a criar uma estrutura monobloco e leve de proa a popa. claro que quanto mais robusta for a estrutura, seu projeto e sua construo maior peso estar sendo imposto estrutura do casco e menor ecincia ter a embarcao. Do outro lado, o uso de laminados leves e de alta rigidez pode proporcionar maior ecincia na construo, menos espao desperdiado, melhor arranjo para tanques e motorizao e nalmente menor peso.

Infelizmente, a laminao desses reforos demorada, quando comparada com o processo relati-vamente rpido da laminao do casco em si, e por isso tende sempre a adicionar custos extras de mo-de-obra. Entretanto, o incremento da espessura do painel em um laminado slido aumenta consideravelmente o peso da estrutura, resultando em um barco muito pesado. A melhor opo com certeza a utilizao de estruturas do tipo sandwich, que aumenta muito a rigidez sem gerar signicativo acrscimo de peso. Tanto os projetistas quanto os construtores de barcos, especialmente os de performance ou de regata, devem estar sempre preocupados em alcanar a maior rigidez possvel para os painis com o menor peso possvel. Construtores experimentados combinam a construo tipo sandwich com bras de alta resistncia, associada a um processo de fabricao que permite um controle mais rgido da espessura, resistncia e peso do laminado.

O outro tipo de rigidez necessria estrutura do barco sua resistncia global. Qualquer barco sofre uma variedade de esforos ao longo de sua vida e em alguns casos eles podem ser substan-ciais. O conjunto de cargas atuantes na estrutura de um barco um sistema complexo de foras e condies de contorno e pode gerar danos locais estrutura do casco. Qualquer material usado na estrutura de um barco deve ter a propriedade de se alongar at certo valor e retornar posio original. Esta propriedade permite que os materiais possam absorver as tenses e manter a estru-tura intacta. Materiais com baixo alongamento so considerados perigosos em uma estrutura em composite, embora algumas bras exibam baixos valores de exibilidade mesmo quando laminadas com resinas de alto mdulo.

25


O projetista deve ter bastante cuidado quando aumentar a rigidez de parte da estrutura, de modo a evitar que o problema aparea em outras reas com menor rigidez pela transferncia abrupta de tenses, que geralmente pode ocorrer de forma inesperada. Um modo adequado de resolver o problema dimensionar toda a estrutura para que ela tenha o mesmo nvel de exibilidade, o que ir proporcionar um uxo de tenses constantes e suaves atravs de todo o barco. Isto pode parecer simples, mas envolve alm de uma complicada teoria, o conhecimento preciso dos carregamentos aos quais est sujeita a estrutura.

Existe uma lista de vantagens que podem ser enumeradas quando se reduz o peso na estrutura de um barco, porm o mais importante que este efeito acumulativo. Um veleiro mais leve requer menos rea vlica para navegar do que um barco semelhante mais pesado. Como resultado da eco-nomia de peso, pode-se utilizar uma mastreao menos robusta e transferir menos carga para os equipamentos de convs, o que possibilitar o uso de ferragens menores e mais leves. Da mesma forma, o dimetro dos cabos tambm ser reduzido e, conseqentemente, ter menos peso. As foras agora diminudas, atuando na estrutura devido a uma mastreao menor, podem gerar uma economia de peso tambm na laminao de casco e convs, pois as cargas globais na estrutura baixaro. Como resultado indireto, a utilizao de equipamentos menores e mais leves e redues de peso na estrutura diminuem a quantidade de materiais e o custo nal do barco.

lgico que isso se aplica tambm a barcos a motor, principalmente aqueles de maior porte, onde a idia de supermotorizar um casco tornou-se obsessiva. Construir um barco leve, com menos motorizao e combustvel a melhor soluo para quem deseja ter uma embarcao rpida. Outra grande vantagem em se trabalhar em uma reduo geral de pesos poder melhorar as caractersticas de navegao do barco, otimizando a estabilidade e a manobrabilidade.

Embarcaes a motor podem usar economia de peso para reduzir a potncia instalada para uma determinada velocidade mxima e assim diminuir o peso total e aumentar a economia de combus-tvel e autonomia. Uma das variveis que afeta diretamente a qualidade de navegao de um barco a acelerao vertical gerada ao longo do seu comprimento. Esta acelerao conseqncia do desenho do casco, comprimento, velocidade, deslocamento e distribuio de peso. Um barco mais leve tem a possibilidade de romper com mais velocidade as ondas que o outro. Todavia, quanto maior for a velocidade, maior ser tambm a acelerao vertical dentro do barco que o fator li-mitante do conforto a bordo. Normalmente, para embarcaes de passageiros se limita o valor da acelerao vertical a 1g (9,81 m/ s2), todavia na prtica possvel navegar com aproximadamente 3g de acelerao vertical. Valores maiores, somente sob condies de resgate ou aes militares. Barcos deste tipo so dimensionados para velocidades superiores a 50 ns e tm a capacidade de navegar com aceleraes verticais de mais de 60 m/ s2.

Peso

26


No somente o peso total do barco que interessa ao construtor. A posio de cada peso na estrutura to crtica quanto a performance. Qualquer barco - seja a vela ou a motor - ir caturrar quando estiver navegando em ondas, e a energia absorvida pelo caturro energia perdida que deveria estar movendo o barco. Para reduzir este movimento, o peso da estrutura deve ser concentrado o mais prximo possvel do centro de gravidade do barco, e as extremidades da embarcao mantidas o mais leve possvel.

O construtor de um barco de performance tentar sempre reduzir o peso da estrutura nas extre-midades, adicionando peso, se for preciso, no centro da embarcao. O mesmo conceito e preo-cupao descritos anteriormente devem ser aplicados distribuio vertical de peso. O peso da mastreao e quilha esto distantes do centro de gravidade vertical, o que, queira ou no, ir afetar no movimento de caturro. Na prtica, isso signica que iates com mastros, velas e ferragens mais leves e com lastro carregado internamente ou prximo do topo da quilha tero uma amplitude menor desse movimento, quando comparados a outros barcos em que no se tenha prestado ateno a esses detalhes.

O teor de bra em qualquer tipo de laminado de material composto exerce uma das maiores inuncias sobre a resistncia e rigidez do laminado, uma vez que a parcela de bra dentro do laminado que produz a maior parte da resistncia e rigidez. Assim, quanto mais bra possuir o laminado, melhores sero as propriedades mecnicas. Cada tipo de reforo est associado a uma determinada frao em volume de resina, visto que existe uma quantidade mnima de resina ne-

Teor de Fibras

Distribuio do Peso

27


cessria para impregn-lo e manter todas as bras coladas umas s outras.

Materiais em que as propriedades mecnicas so totalmente dependentes da direo so conhecidos como ortotrpicos, em contraste com materiais isotrpicos, como os metais ou um laminado de manta, que apresentam valores de rigidez e resistncia independentes da direo do carregamento. Essas propriedades direcionais permitem ao projetista maximizar as propriedades do laminado em uma direo particular para absorver as tenses e fornecer um laminado mais eciente para a estrutura. Informaes apresentadas para laminados reforados com bras de alta performance so normalmente fornecidas em relao orientao das bras. Algumas vezes, entretanto, proprie-dades transversais tambm so fornecidas para compostos unidirecionais. Tais propriedades so, basicamente, um guia para a performance da resina e para a adeso entre bra e resina.

Propriedades Direcionais das

Fibras

A relao tenso versus deformao importante para entender o comportamento do material sob carregamento. Esta relao mostra o comportamento do material, como ele se alonga e falha sob um carregamento conhecido. O mdulo, a tenso mxima de ruptura e a forma de falha dependero do tipo e quantidade de bra, da natureza da trama, seja ela unidirecional, bidirecional ou aleatria, mas depender tambm das propriedades da resina e, em particular, da sua elasticidade e adeso.

Relao Tenso x

Deformao

28


Um laminado tpico linearmente elstico para pequenas deformaes at o limite de propor-cionalidade, quando a curva diminui sua inclinao. Mas a partir desse ponto o material passa a sofrer deformaes permanentes e, aps a retirada da carga, no recuperar a sua forma. Quando o laminado testado e carregado progressivamente, a primeira fase da avaria a delaminao da resina com as bras em ngulo perpendicular direo do carregamento. Com o aumento da carga, o processo de delaminao desenvolve rachaduras na resina, que levaro perda da adeso entre as bras e a resina. Esse o incio da delaminao e das microssuras que causam a perda de propriedades mecnicas e denem o ponto de avaria permanente que ocorre no laminado. medida que as rachaduras se espalham, o laminado alcana o ponto de ruptura no momento em que as bras so totalmente partidas.

Curvas de tenso e deformao e valores de testes mecnicos para materiais isotrpicos so inde-pendentes da direo do esforo. Entretanto a maioria dos laminados so ortotrpicos e o processo de falha depende da orientao das bras em relao carga. Neste caso existiro diferentes curvas de tenso e deformao para cada ngulo de carregamento. Neste ponto ca claro que a tenso de ruptura interessa ao projetista, embora seja raramente utilizada como limite de projeto, uma vez que avarias srias j tero ocorrido no laminado antes da tenso de ruptura ter sido alcanada. Alm disso, boa parte do conjunto da resina e bra ir apresentar delaminaes irreversveis.

29


Os dois critrios mais importantes, quando se considera a performance da resina, so a capacidade de adeso e o alongamento sob carregamento. Se estas propriedades no forem satisfatrias, as bras se soltaro da matriz de resina em um nvel de tenso muito baixo. A resistncia do composto car reduzida e as rachaduras se espalharo, levando ao colapso total do laminado. A adeso da resina obviamente deve ser a mais alta possvel, mas a resina tambm deve possuir a habilidade de defor-mar junto com as bras para que as delaminaes e microssuras sejam adiadas o mximo possvel.

O cisalhamento interlaminar uma propriedade que depende muito da performance da resina e, outra vez, da sua resistncia e poder de adeso. Ela no depende, diretamente, do tipo ou quanti-dade de reforo. A resistncia ao cisalhamento interlaminar a medida de quanto a resina adere a camadas de reforos adjacentes.

O tipo mais comum de resina utilizado na construo de barcos - a polister - no possui proprie-dades de adeso muito boas. Assim, para prevenir a delaminao, intercalam-se camadas de manta com um maior teor de resina entre os tecidos. Esta a principal razo por que, normalmente, barcos de produo so construdos com tecidos biaxias combinados com mantas costuradas. As camadas de manta fornecem orientao aleatria das bras que iro aderir em ambas as camadas de tecido, apesar das propriedades gerais do laminado serem reduzidas pelo uso de um reforo extremamente ineciente como a manta.

As propriedades de resistncia e rigidez so desenvolvidas para testes mecnicos de curta durao. Entretanto, projetistas e construtores tambm devem considerar propriedades ao longo do tempo, caso a embarcao seja projetada para uma longa vida til. Propriedades geradas a partir de testes mecnicos so de interesse particular para o projetista e para a especicao de laminados de plstico reforado que experimentam baixos nveis de tenso, mas ocasionalmente podero ter de suportar tenses mais altas por um pequeno perodo de durao.

Ao se projetar um barco, deve-se considerar que a estrutura tambm dever suportar carregamentos elevados de forma repetida e contnua. Quando um material composto est sujeito a carregamentos cclicos, a deformao permanente do laminado ocorre em tenses mais baixas que os valores dos testes mecnicos produzidos em curta durao. Por menor que seja o nvel de exigncia e operao, a estrutura de qualquer barco sempre ir experimentar carregamentos cclicos, por isso a resistncia fadiga do laminado deve ser considerada. Muitos materiais, que mostram uma resistncia satisfatria nos testes de curta durao em laboratrio, podem apresentar resultados desastrosos em testes que incluam efeitos dinmicos.

Cisalhamento Interlaminar

Propriedades Dinmicas de

Fadiga

30


As resinas de maneira geral so polmeros sintticos que foram desenvolvidos nos ltimos 60 anos e uma caracterstica comum aos polmeros ter cadeias muito longas, resultantes da unio de muitos segmentos idnticos. Os polmeros sintticos, de importncia primordial como material de engenharia, geralmente tm estruturas bem simples. A molcula nal do polmero pode ser formada de milhares de unidades repetidas, sendo cada unidade chamada de monmero. As propriedades fsicas e mecnicas de um polmero dependem basicamente da sua estrutura.

A parte reativa do polmero pode dar origem a uma resina que misturada com um material de reforo tal como bra de vidro, bra de carbono ou bra aramida transformada em um material composto. Quando este polmero tem ligaes cruzadas muito fortes para serem rompidas por aquecimento moderado eles so chamados de termoxos, e podem gerar resinas do tipo polister, estervinlica, epoxy ou fenlica, etc.

Resinas

Nas matrizes de resina polister o radical ster, o menor segmento de um polister, o resultado da reao de um lcool e um cido com eliminao de gua. O polister, portanto, a ligao qumica entre vrios steres. Dependendo do tipo de cido utilizado na reao, obtm-se o polister saturado que d origem s bras, tintas, etc., e o polister insaturado, com pontos altamente reativos que podem ser curados a frio. Este ltimo quando reforado, apresenta as caractersticas bsicas de um material estrutural leve, durvel, incrivelmente resistente, que pode ser empregado na fabricao de quase todos os tipos de produto.

Quando se projeta a fabricao de uma resina, h todo um planejamento visando obter determi-nadas propriedades nais. Tudo planejado, desde as matrias-primas utilizadas, a tecnologia da adio, o uso de reagentes, o tempo de reao de modo a se conseguir o peso molecular adequado, a temperatura de reao e muitas outras variveis. Uma vez escolhida a formulao com o intuito de se obter a resina com as propriedades planejadas, o polmero produzido no reator, obtendo--se um plstico altamente viscoso que posteriormente misturado a um solvente, tornando-se um lquido de baixa viscosidade de modo a facilitar sua utilizao pelo usurio nal.

A estrutura bsica de um polister insaturado composta de trs componentes: o cido insaturado que fornece os pontos reativos com ligaes duplas, chamados pontos de insaturao, um glicol, ou bi-lcool, que proporciona o meio para aumentar a cadeia polimrica, e um cido saturado

Resina Polister

31


que determina o grau de espaamento das molculas entre os cidos instaurados. Este plstico dissolvido num monmero que servir, futuramente, pela ao do catalisador, como um agente de interligao entre seus pontos de insaturao com os pontos de insaturao presentes na cadeia do polister acima mencionado. Portanto, quando o construtor decide usar uma resina, no caso polister, ele estar especicando a utilizao de um polister insaturado dissolvido em monmero de estireno, vulgarmente chamado de resina de polister insaturado ou simplesmente resina de polister. Geralmente a proporo resina/ monmero de estireno pode variar de 70/ 30%, podendo chegar a 50/ 50% em peso.

CIDOS INSATURADOS

Maleico (anidrido)

Fumrico

ATRIBUTOS

Fontes de insaturao (duplas

ligaes que iro reagir com

as duplas ligaes do estireno.

Obrigatrio em toda resina de

polister insaturado.

GLICIS

Monoetilenoglicol (MEG)

Propilenoglicol (PGI)

Dietillenoglicol (DEG)

Dipropilenoglicol (Di-PGI)

Neopentilglicol (NPG)

ATRIBUTOS

Custo Baixo e Alta Rigidez

Excelente Compatibilidade com

Estireno. Boa molhabilidade.

Custo Baixo e Boa Flexibilidade.

Boa Flexibilidade e Alta Resistncia

Mecnica.

Estabilidade ao UV e resistncia

Hidrlise.

CIDOS SATURADOS

Ortoftlico (Anidrido)

Isoftlico

Tereftlico

Adpico

Bromados ou Clorados

(Clorndrica)

ATRIBUTOS

Baixo Custo e Compatibilidade

com Estireno.

Boa Resistncia Mecnica,

Qumica e gua.

Alto HDT.

Boa Flebilidade e Alta Dureza.

Retardamento de Chama.

SOLVENTES

Estireno

Vinil Tolueno

Metacrilato de

Metila (MMA)

ATRIBUTOS

Baixo Custo.

Boa Resistncia e Rigidez.

Baixa Flamabilidade e Boa

Flexibilidade.

32


O construtor ao selecionar a resina polister para uso no processo de laminao por infuso ou strip planking deve notar que os pontos de insaturao so duplas ligaes qumicas entre dois tomos de carbono adjacentes. Estas duplas ligaes so instveis e facilmente rompidas durante a reao de cura. Esta reao qumica se processa temperatura ambiente pela ao de agentes aceleradores e iniciadores, conhecidos como catalisadores, adicionados resina no momento do uso. Estas duplas ligaes existem tanto no polmero propriamente dito, como tambm no monmero de estireno, e na presena do catalisador, que por sua vez incentivado pelo promotor, no caso o cobalto, dispara uma reao qumica onde o produto nal uma resina termoxa.

Os tipos de resina polister disponveis no mercado so do tipo ortoftlica, isoftlica, e tereftlica e tm suas modicaes nos padres isoftlica com NPG (neo pentil glicol), ortoftlica tereftlica, que usa PET reciclado, e ortoftlica CCPD (diciclopendadieno).

A qumica das resinas estervinlicas foi desenvolvida no nal da dcada de 1950 e incio de 1960, por vrios pesquisadores e cada uma delas teve uma formulao diferente. As primeiras eram to reativas que no tinham tempo de vida suciente para serem utilizadas. importante salientar que a resina estervinlica tem sua origem numa resina epoxy, que utiliza um radical bisfenol do tipo A e epicloridrina. As resinas estervinlicas utilizam o mesmo substrato diludo em derivados acrlicos e monmero de estireno.

Quando comparadas, as resinas de polister insaturado so inferiores s resinas estervinlicas. As resinas de polister insaturado, como seu prprio nome o diz, so formadas a partir de muitos steres repetidos em sua estrutura molecular. Os grupos steres so ligaes fracas e podem ser atacadas pela gua resultando em baixa resistncia qumica e na hidrlise. Pode-se observar isso no dia a dia, onde ocorrem os problemas de blistering, que a formao de bolhas devido degradao da matriz de resina pela ao da gua. As resinas polister tm uma faixa de desempenho mdio, apresentando, no entanto, boa facilidade de processamento e baixo custo.

Resinas Estervinlicas

J as resinas estervinlicas tm como base resinas epoxy, portanto, suas propriedades esto inteiramen-te ligadas s propriedades de sua base epoxy, o que resulta em um excelente desempenho mecnico, em boa resistncia hidrlise e a produtos qumicos bsicos. Estas resinas tm alto desempenho, entretanto seu processamento um pouco mais difcil e seu custo mais alto quando comparado com o das resinas de polister insaturado. Em suma, as resinas estervinlicas apresentam em geral melhor desempenho mecnico e dureza, maior resistncia hidrlise e melhor estabilidade trmica.

33


Da mesma forma que as resinas polister e estervinlicas as resinas epoxy so termoxas de alto desempenho, e contm pelo menos dois grupos epoxy nas suas extremidades. Alm das aplicaes de alta performance em estruturas de barcos pelo processo de vacuum bag, infuso e prepreg, estas resinas so matrias-primas em vrios setores industriais, como a indstria eletroeletrnica, de embalagem, construo civil e transporte.

Embora o uso de resinas epoxy tenha aumentado signicativamente na construo de barcos, seja pela utilizao no processo a vcuo ou infuso, as aplicaes de maior volume ainda incluem tin-tas, recobrimento de pisos, adesivos, equipamentos para indstria qumica, laminados eltricos e eletrnicos. Existem apenas trs grandes produtores mundiais de resina epoxy, que detm 70% do mercado, e fornecem a resina bsica para uma dezena de outras empresas que formulam resinas de alta performance para o segmento de composites, de modo que um construtor de barcos possa ter acesso mesma tecnologia empregada em estruturas aeroespaciais.

Mesmo que boa parte das resinas utilizadas em laminao de composites seja derivada de alguma formulao de resinas bsicas, elas denitivamente no conseguem desenvolver todo o potencial mecnico que uma resina de baixa viscosidade e alto HDT como as que so usadas para composites. O uso de resinas no especcas para laminao torna o laminado exvel e o deixa com baixa resistncia mecnica, sendo a falta de coeso durante o processo de cura responsvel pela baixa performance dos sistemas bsicos usados para adesivos industrias e tintas.

Resinas Epoxy

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As resinas epoxy mais utilizadas tm como base o diglicidil, ter do bisfenol-A (DGEBA), e so sintetizadas a partir de uma reao entre a epicloidrina e o bisfenol-A.

A relao molar epiclorohidrina/ bisfenol-A pode variar em um grande espectro podendo produzir resinas lquidas e slidas. A estrutura de uma matriz de epoxy consiste de grupos epoxy terminais e de uma unidade de repetio no meio. Como as unidades de repetio, que podem ser incorpora-das molcula, variam entre cada tipo de formulao, elas iro inuenciar nas propriedades nais da matriz nal de resina. A tabela abaixo mostra uma comparao de propriedades e variaes na viscosidade que podem ser obtidas pela variao do valor dos vrios tipos de resinas epoxy.

Resinas epoxy podem tambm ser obtidas com caractersticas multifuncionais, como as resinas glicidil ter de novolac, glicidil de aminas trifuncionais ou tetrafuncionais. Estas resinas apresentam alta viscosidade temperatura ambiente, acima de 5.000 cps, e permitem obter materiais com maior grau de reticulao em relao a resinas do tipo DGEBA, fazendo com que tenham melhor de-sempenho a altas temperaturas. Estas resinas so utilizadas, na maioria dos casos, para manufatura de tecidos do tipo prepreg.

Viscosidade da Resina, cps

Viscosidade do Endurecedor, cps

Viscosidade da Mistura, cps

Proporo da Mistura (Peso)

Proporo da Mistura (Vol.)

Gel Time, 25C, 150g, min.

Dureza

Resistncia a Trao, psi

Alongamento, %

Resistncia a Compresso, psi

Resistncia a Flexo

Mdulo da Flexo

HDT, Room Temp. Cure, C

HDT, Post Cure, C

Impacto Izod, ft-lb/ in

Contrao, in/ in

AR600

AH90

6,000

30

1,500

100A:33B

3A:1B

180

81D

11,600

3.9

19,600

16,800

516,000

65

85

1.24

< 0.002

AR600

AH150

6,000

15

950

100A:33B

3A:1B

600

83D

9,900

6.9

25,000

15,700

511,000

60

85

1.05

< 0.002

SISTEMAS DE LAMINAO EPOXY

AR600

AH30

6,000

30

2,250

100A:33B

3A:1B

30

81D

11,900

3.2

21,900

14,700

542,000

60

85

1.22

< 0.002

AR500

AH150

5,000

15

350

100AD:33B

3A:1B

600

80D

9,800

6.9

25,000

15,700

459,000

60

85

1.05

< 0.002

AR500

AH90

5,000

30

600

100A:33B

3A:1B

180

81D

11,200

3.9

19,600

16,800

479,000

65

85

1.22

< 0.002

AR500

AH30

5,000

50

900

100A:33B

3A:1B

30

81D

11,900

3.2

21,900

14,700

542,000

60

85

1.28

< 0.002

35


Geralmente para o uso de resinas polister, que contenham um polister insaturado dissolvido em monmero de estireno, ela so aditivadas com inibidores para dar maior estabilidade de armazena-mento, evitando que o monmero e a parte polimrica reajam entre si antes da adio do catalisador. Alm disso, essas resinas tambm podem ou no ser aditivadas com promotores ou aceleradores pelo prprio fabricante. O exemplo mais conhecido de promotor o octoato de cobalto, ou somente cobalto. Quando as resinas contm promotores so chamadas de promovidas ou pr-aceleradas.

A simples adio de um catalisador numa resina no acelerada ou promovida, pode faz-la reagir. Mas demoraria muito tempo e o resultado seria altamente duvidoso. Assim, as resinas formuladas para curarem temperatura ambiente devem conter promotores para poder ativar e acelerar o catalisador. Os promotores agem com a nalidade de acelerar o perxido para formar os radicais livres. A quantidade de promotor e de catalisador base de um perxido deve ser tal que ele fornea ao construtor tempo suciente de trabalho, mas tambm tempo de cura reduzido para tornar o processo economicamente interessante.

O gel e a cura da soluo de resina de polister ou estervinlica acontecem atravs de uma reao onde h liberao de radicais livres. Para tanto, usa-se um catalisador do tipo perxido. O iniciador de perxido se quebra formando radicais livres altamente energizados, acabando por atacar os pontos insaturados do polmero e do monmero. Assim, a reao se propaga comeando a juntar as partes atravs de uma reao de ligao cruzada e tridimensional.

Mecanismos de Cura

36


Nesta reao cada radical livre ir imediatamente buscar uma dupla ligao para reagir, podendo encontrar tanto o monmero de estireno, quanto um polmero de polister insaturado. Pela lei da probabilidade o encontro com o monmero de estireno ser muito maior, j que a mobilidade e o peso molecular dele ser menor quando comparado ao polmero. Quando a reao cruzada comea, o movimento da soluo se torna restrito depois de determi-nado tempo, saindo do estado lquido para o estado de gel. Esse tempo chamado de gel time, que efetivamente o tempo que se tem para trabalhar a resina. Nessa reao cruzada (cross-link), as cadeias de polmeros comeam a se ligar ao monmero de estireno, e este a outros pontos com duplas ligaes, e assim sucessivamente, formando um slido, uma massa compacta que no ir se fundir mesmo com a exposio temperatura, por isto ele chamado de termoxo.

Nesta reao o estireno consumido durante o cross-link, servindo de ponte molecular entre as cadeias de polmeros. Pode haver at oito molculas de estireno formando essas pontes, mas o normal, numa boa distribuio, oscila entre duas e trs molculas. Geralmente, quando se processa uma laminao ou infuso, com grau de catalisao correto, chega-se a um grau de ligao de cerca de 80-90%, incluindo o tempo at a desmoldagem da pea. Isto signica que somente 80-90% das ligaes duplas contidas na soluo reagem entre si, havendo liberao de calor, reao conhecida como exotermia. Em temperaturas ambientes por volta de 25C, com o passar do tempo, dentro de dois a quatro meses, a pea alcanar por si s um grau de cura de at 95%. Para alcanar o ideal, perto de 100% de cura, h necessidade de submeter o laminado a uma fonte de calor externo tal como uma estufa ou uma manta trmica. Este processo chamado de ps-cura.

Dentro do polmero lquido os inibidores so usados para retardar essa reao enquanto a resina estiver armazenada, e tambm enquanto no se adiciona o catalisador ou iniciador. Aps a adio do iniciador, os inibidores so responsveis por reagir primeiramente com os radicais livres, dan-do um tempo para que o usurio possa trabalhar com a resina no estado lquido, at o ponto que chamamos de gel time, ou tempo de gelicao. Uma vez atingido o ponto de gel, a resina inicia seu processo de cura, desenvolvendo a formao de cadeias tridimensionais. A partir da no h mais condies de trabalho, por isto importante estocar a resina de polister ou epoxy estervinlica em lugares frescos e escuros. Os radicais livres aparecem mais rapidamente se as resinas de polister ou epoxy estervinlica forem expostas ao calor, luz do sol ou estiverem contaminadas por metais ou outros materiais aceleradores.

37


A cura de uma resina est diretamente ligada ao calor, seja ele fornecido por uma fonte externa, como uma estufa, lmpadas de aquecimento infravermelho, moldes aquecidos, ou ento por uma fonte interna, a exotermia, ou seja, o prprio calor liberado pela resina pela quebra das duplas liga-es insaturadas, provocadas pelos radicais livres. As condies de operao do local de trabalho tambm so muito importantes, pois se a temperatura estiver abaixo de 15 graus C, a cura demorar mais, porm se a temperatura estiver acima de 32 graus C, o gel time e a cura sero mais rpidos.

A mesma relao vlida para a temperatura da resina propriamente dita. Reduzindo a temperatura da resina pela estocagem em ambiente refrigerado possvel estender o tempo de gelicao da resina. O primeiro passo antes do uso de uma resina averiguar sua temperatura com um term-metro infravermelho. Em seguida medir a temperatura do molde, pois ela tambm pode inuenciar no desempenho da matriz polimrica.

Pode-se tomar como limite de uso as temperaturas entre 15 e 35 graus C. Em termos gerais a ve-locidade de formao do gel e de cura dobrar para cada 10 graus C de aumento da temperatura, e inversamente, reduzindo-se a temperatura em 10 graus C, a velocidade ir diminuir pela metade. Deve-se tomar como temperatura limite inferior de 15 graus C, como patamar mnimo e seguro de trabalho, porque abaixo desta faixa a resina no ir curar adequadamente.

Fatores que Inuenciam a

Reao de Cura

A quantidade e a forma do laminado afetam a velocidade de cura de uma resina. Um volume grande, espesso e compacto ir curar muito mais rapidamente que um laminado no. O laminado no geralmente precisar de uma fonte externa de calor para ajudar na cura. A reao polimrica sempre pode ser expressa por uma relao de volume e rea de dissipao de calor. Um bloco de resina fundido em forma de cubo com 10 cm de aresta ter um litro de volume e uma rea de 600 cm2, que ser a rea de troca de calor com o meio ambiente, que ir liberar um certo nmero de calorias por cm2.

Agora tomemos o mesmo volume de resina, um litro, espalhados em um lme de 1 mm de espes-sura. Isto ir gerar uma rea de 10.000 cm2 em apenas uma face. Incorporando a rea em contato com o molde a rea ser de 20.000 cm2. Ou seja, 33 vezes maior que a rea de transferncia de calor anterior. Assim, a velocidade de dissipao de calor ser muito maior.

Outro item que inuencia na cura do laminado a quantidade e o tipo de catalisador. Normalmente, os fabricantes de resina informam as condies ideais de funcionamento de suas resinas, e em geral deve-se usar uma quantidade adequada de perxido para iniciar o processo e curar uma resina. Por questes de segurana de processo, interessante manter este teor entre 1 e 2,5%. Este valor suciente parar gerar a quantidade de radicais livres necessrios.

barco composito

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