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Os materiais compósitos são compostos por fibras de reforço e um material plástico. O papel da resina nos materiais compósitos é crucial. A escolha da resina determina uma série de parâmetros característicos do processo, algumas propriedades mecânicas e funcionalidades (propriedades térmicas, inflamabilidade, resistência ambiental, etc.). As propriedades da resina também são um fator chave para a compreensão das propriedades mecânicas dos materiais compósitos. Ao selecionar a resina, define-se automaticamente a faixa que determina o leque de processos e propriedades do compósito. A resina termofixa é um tipo de resina comumente usado para compósitos de matriz resinosa devido à sua boa capacidade de fabricação. As resinas termofixas são quase exclusivamente líquidas ou semissólidas à temperatura ambiente e, conceitualmente, assemelham-se mais aos monômeros que compõem a resina termoplástica do que à própria resina termoplástica em seu estado final. Antes da cura, as resinas termofixas podem ser moldadas em vários formatos, mas, uma vez curadas com agentes de cura, iniciadores ou calor, não podem ser moldadas novamente, pois ligações químicas são formadas durante a cura, transformando pequenas moléculas em polímeros rígidos tridimensionais reticulados com maiores massas moleculares.

Existem muitos tipos de resinas termofixas, sendo as resinas fenólicas as mais comuns.resinas epóxi, resinas bis-cavalo, resinas vinílicas, resinas fenólicas, etc.

(1) A resina fenólica é uma resina termofixa inicial com boa adesão, boa resistência ao calor e propriedades dielétricas após a cura, e suas características notáveis ​​são excelentes propriedades retardantes de chama, baixa taxa de liberação de calor, baixa densidade de fumaça e gases de combustão menos tóxicos. A processabilidade é boa e os componentes do material compósito podem ser fabricados por processos de moldagem, enrolamento, laminação manual, pulverização e pultrusão. Um grande número de materiais compósitos à base de resina fenólica é utilizado em materiais de decoração de interiores de aeronaves civis.

(2)Resina epóxiA resina epóxi é uma matriz resinosa antiga utilizada em estruturas aeronáuticas. Caracteriza-se por uma ampla variedade de materiais. Diferentes agentes de cura e aceleradores permitem obter uma faixa de temperatura de cura que varia da temperatura ambiente até 180 °C; possui propriedades mecânicas superiores; boa compatibilidade com fibras; resistência ao calor e à umidade; excelente tenacidade; excelente fabricabilidade (boa cobertura, viscosidade moderada da resina, boa fluidez, faixa de pressão, etc.); adequada para moldagem por co-cura de grandes componentes; e baixo custo. O bom processo de moldagem e a excelente tenacidade da resina epóxi a tornam uma matriz resinosa importante para materiais compósitos avançados.

(3)Resina vinílicaÉ reconhecida como uma das resinas resistentes à corrosão de excelente qualidade. Ela suporta a maioria dos ácidos, álcalis, soluções salinas e solventes fortes. É amplamente utilizada nas indústrias de papel e celulose, química, eletrônica, petrolífera, de armazenamento e transporte, de proteção ambiental, naval, automotiva e de iluminação. Possui características tanto do poliéster insaturado quanto da resina epóxi, combinando as excelentes propriedades mecânicas da resina epóxi com o bom desempenho de processamento do poliéster insaturado. Além da excepcional resistência à corrosão, esse tipo de resina também apresenta boa resistência ao calor. Existem diferentes tipos: padrão, para alta temperatura, retardante de chamas, resistente a impactos e outros. A aplicação da resina vinílica em plásticos reforçados com fibra (PRFV) baseia-se principalmente na laminação manual, especialmente em aplicações anticorrosivas. Com o desenvolvimento dos SMCs (Compósitos de Matriz Metálica), sua aplicação nesse sentido também tem se tornado bastante relevante.

(4) A resina bismaleimida modificada (doravante denominada resina bismaleimida) foi desenvolvida para atender aos requisitos de matriz de resina composta para novos jatos de combate. Esses requisitos incluem: fabricação de componentes de grandes dimensões e perfis complexos a 130 °C, etc. Comparada à resina epóxi, a resina bismaleimida caracteriza-se principalmente por uma resistência superior à umidade e ao calor, além de alta temperatura de operação; a desvantagem é que a fabricabilidade não é tão boa quanto a da resina epóxi, e a temperatura de cura é alta (acima de 185 °C), exigindo uma temperatura de 200 °C ou um período prolongado em temperaturas acima de 200 °C.
(5)A resina de éster de cianeto (qing diacoustic) tem baixa constante dielétrica (2,8~3,2) e tangente de perda dielétrica extremamente pequena (0,002~0,008), alta temperatura de transição vítrea (240~290℃), baixa contração, baixa absorção de umidade, excelentes propriedades mecânicas e propriedades de adesão, etc., e tem tecnologia de processamento semelhante à resina epóxi.
Atualmente, as resinas de cianato são utilizadas principalmente em três áreas: placas de circuito impresso para aplicações digitais de alta velocidade e alta frequência, materiais estruturais de transmissão de ondas de alto desempenho e materiais compósitos estruturais de alto desempenho para o setor aeroespacial.

Em termos simples, o desempenho da resina epóxi não está relacionado apenas às condições de síntese, mas principalmente à sua estrutura molecular. O grupo glicidil na resina epóxi é um segmento flexível que pode reduzir a viscosidade da resina e melhorar o desempenho do processo, mas, ao mesmo tempo, reduz a resistência térmica da resina curada. As principais abordagens para melhorar as propriedades térmicas e mecânicas das resinas epóxi curadas são o baixo peso molecular e a multifuncionalização para aumentar a densidade de ligações cruzadas e introduzir estruturas rígidas. Naturalmente, a introdução de uma estrutura rígida leva a uma diminuição da solubilidade e a um aumento da viscosidade, o que resulta em uma diminuição do desempenho do processo da resina epóxi. Como melhorar a resistência à temperatura do sistema de resina epóxi é um aspecto muito importante. Do ponto de vista da resina e do agente de cura, quanto mais grupos funcionais, maior a densidade de ligações cruzadas e, consequentemente, maior a Tg (temperatura de transição vítrea). Procedimentos específicos: Utilize resina epóxi ou agente de cura multifuncional e utilize resina epóxi de alta pureza. O método mais comum é adicionar uma certa proporção de resina epóxi de o-metilacetaldeído ao sistema de cura, o que apresenta bons resultados e baixo custo. Quanto maior a massa molecular média, mais estreita a distribuição de massa molecular e maior a Tg. Procedimento específico: Utilize uma resina epóxi multifuncional, um agente de cura ou outros métodos que proporcionem uma distribuição de massa molecular relativamente uniforme.

Como uma matriz resinosa de alto desempenho utilizada em compósitos, suas diversas propriedades, como processabilidade, propriedades termofísicas e mecânicas, devem atender às necessidades de aplicações práticas. A processabilidade da matriz resinosa inclui solubilidade em solventes, viscosidade do fundido (fluidez) e variações de viscosidade, além de alterações no tempo de gelificação com a temperatura (janela de processo). A composição da formulação da resina e a escolha da temperatura de reação determinam a cinética da reação química (taxa de cura), as propriedades reológicas químicas (viscosidade em função da temperatura e do tempo) e a termodinâmica da reação química (exotérmica). Diferentes processos têm diferentes requisitos para a viscosidade da resina. De modo geral, para o processo de enrolamento, a viscosidade da resina geralmente fica em torno de 500 cPs; para o processo de pultrusão, a viscosidade da resina fica em torno de 800 a 1200 cPs; para o processo de introdução a vácuo, a viscosidade da resina geralmente fica em torno de 300 cPs, e o processo RTM pode apresentar valores mais altos, mas geralmente não ultrapassa 800 cPs. Para o processo de pré-impregnação, a viscosidade precisa ser relativamente alta, geralmente em torno de 30.000 a 50.000 cP. Obviamente, esses requisitos de viscosidade estão relacionados às propriedades do processo, dos equipamentos e dos próprios materiais, e não são estáticos. De modo geral, à medida que a temperatura aumenta, a viscosidade da resina diminui na faixa de temperaturas mais baixas; no entanto, com o aumento da temperatura, a reação de cura da resina também prossegue. Cineticamente falando, a taxa de reação dobra a cada aumento de 10 °C, e essa aproximação ainda é útil para estimar quando a viscosidade de um sistema de resina reativa atinge um determinado ponto crítico. Por exemplo, se um sistema de resina com viscosidade de 200 cP a 100 °C leva 50 minutos para aumentar sua viscosidade para 1.000 cP, o tempo necessário para o mesmo sistema de resina aumentar sua viscosidade inicial de menos de 200 cP para 1.000 cP a 110 °C é de cerca de 25 minutos. A seleção dos parâmetros do processo deve levar em consideração a viscosidade e o tempo de gelificação. Por exemplo, no processo de introdução a vácuo, é necessário garantir que a viscosidade na temperatura de operação esteja dentro da faixa de viscosidade exigida pelo processo, e o tempo de vida útil da resina nessa temperatura deve ser suficientemente longo para garantir a sua importação. Em resumo, a seleção do tipo de resina no processo de injeção deve considerar o ponto de gelificação, o tempo de preenchimento e a temperatura do material. Outros processos apresentam uma situação semelhante.

No processo de moldagem, o tamanho e a forma da peça (molde), o tipo de reforço e os parâmetros do processo determinam a taxa de transferência de calor e o processo de transferência de massa. A cura da resina libera calor exotérmico, gerado pela formação de ligações químicas. Quanto mais ligações químicas formadas por unidade de volume por unidade de tempo, mais energia é liberada. Os coeficientes de transferência de calor das resinas e seus polímeros são geralmente bastante baixos. A taxa de remoção de calor durante a polimerização não consegue acompanhar a taxa de geração de calor. Essas quantidades incrementais de calor fazem com que as reações químicas ocorram em uma taxa mais rápida, resultando em uma reação autoacelerada que eventualmente levará à falha por tensão ou à degradação da peça. Isso é mais evidente na fabricação de peças compostas de grande espessura, sendo particularmente importante otimizar o caminho do processo de cura. O problema do "ultrapassagem de temperatura" local causada pela alta taxa exotérmica da cura do pré-impregnado e a diferença de estado (como a diferença de temperatura) entre a janela de processo global e a janela de processo local dependem de como o processo de cura é controlado. A uniformidade de temperatura na peça (especialmente na direção da espessura) depende da disposição (ou aplicação) de algumas tecnologias específicas no sistema de fabricação. Para peças finas, como uma grande quantidade de calor é dissipada para o ambiente, a temperatura sobe gradualmente e, às vezes, a peça não cura completamente. Nesse caso, é necessário aplicar calor auxiliar para completar a reação de reticulação, ou seja, aquecimento contínuo.

A tecnologia de moldagem de materiais compósitos sem autoclave difere da tecnologia tradicional de moldagem em autoclave. De modo geral, qualquer método de moldagem de materiais compósitos que não utilize autoclave pode ser considerado uma tecnologia de moldagem sem autoclave. Até o momento, a aplicação da tecnologia de moldagem sem autoclave no setor aeroespacial abrange principalmente as seguintes áreas: tecnologia de pré-impregnados sem autoclave, tecnologia de moldagem líquida, tecnologia de moldagem por compressão de pré-impregnados, tecnologia de cura por micro-ondas, tecnologia de cura por feixe de elétrons e tecnologia de moldagem por fluido com pressão balanceada. Dentre essas tecnologias, a tecnologia de pré-impregnados OoA (Out of Autoclave) é a que mais se aproxima do processo tradicional de moldagem em autoclave e possui ampla base para processos de deposição manual e automática, sendo considerada, portanto, uma tecnologia promissora para a fabricação de tecidos não tecidos em larga escala. Uma razão importante para o uso de autoclave em peças compósitas de alto desempenho é fornecer pressão suficiente ao pré-impregnado, superior à pressão de vapor de qualquer gás durante a cura, para inibir a formação de poros. Essa é a principal dificuldade que a tecnologia precisa superar no pré-impregnado OoA (fora da amostra). A capacidade de controlar a porosidade da peça sob pressão de vácuo e de alcançar o desempenho de laminados curados em autoclave é um critério importante para avaliar a qualidade do pré-impregnado OoA e seu processo de moldagem.

O desenvolvimento da tecnologia de pré-impregnados OoA teve origem no desenvolvimento de resinas. Existem três pontos principais no desenvolvimento de resinas para pré-impregnados OoA: o primeiro é controlar a porosidade das peças moldadas, por exemplo, utilizando resinas de cura por reação de adição para reduzir os voláteis na reação de cura; o segundo é melhorar o desempenho das resinas curadas para alcançar as propriedades da resina formada pelo processo de autoclave, incluindo propriedades térmicas e mecânicas; o terceiro é garantir que o pré-impregnado tenha boa fabricabilidade, como garantir que a resina flua sob um gradiente de pressão atmosférica, que tenha uma longa vida útil de viscosidade e tempo suficiente de cura em temperatura ambiente, etc. Os fabricantes de matéria-prima realizam pesquisa e desenvolvimento de materiais de acordo com requisitos de projeto e métodos de processo específicos. As principais diretrizes devem incluir: melhorar as propriedades mecânicas, aumentar o tempo de cura em ambiente externo, reduzir a temperatura de cura e melhorar a resistência à umidade e ao calor. Algumas dessas melhorias de desempenho são conflitantes, como alta tenacidade e cura em baixa temperatura. É necessário encontrar um ponto de equilíbrio e considerá-las de forma abrangente!

Além do desenvolvimento de resinas, o método de fabricação de pré-impregnados também promove o desenvolvimento de aplicações de pré-impregnados OoA (fora de tecido). O estudo constatou a importância dos canais de vácuo nos pré-impregnados para a fabricação de laminados com porosidade zero. Estudos subsequentes demonstraram que pré-impregnados semi-impregnados podem melhorar efetivamente a permeabilidade a gases. Os pré-impregnados OoA são semi-impregnados com resina, e fibras secas são utilizadas como canais para a saída de gases. Os gases e voláteis envolvidos na cura da peça podem ser expelidos através dos canais, de modo que a porosidade da peça final seja inferior a 1%.
O processo de ensacamento a vácuo pertence à categoria de processos de moldagem sem autoclave (OoA). Resumidamente, trata-se de um processo de moldagem que sela o produto entre o molde e o saco a vácuo, pressurizando-o para torná-lo mais compacto e com melhores propriedades mecânicas. O principal processo de fabricação é

Primeiramente, aplica-se um agente desmoldante ou tecido desmoldante no molde de laminação (ou placa de vidro). O pré-impregnado é inspecionado de acordo com as normas do pré-impregnado utilizado, incluindo principalmente a densidade superficial, o teor de resina, o teor de voláteis e outras informações. Corte o pré-impregnado no tamanho desejado. Ao cortar, atente-se à direção das fibras. Geralmente, o desvio direcional das fibras deve ser inferior a 1°. Numere cada unidade de corte e registre o número do pré-impregnado. Ao laminar as camadas, estas devem ser dispostas em estrita conformidade com a ordem de laminação especificada na folha de registro de laminação, e o filme de PE ou papel desmoldante deve ser aplicado na direção das fibras, removendo as bolhas de ar também na direção das fibras. A espátula espalha o pré-impregnado e raspa o máximo possível para remover o ar entre as camadas. Durante a laminação, às vezes é necessário emendar os pré-impregnados, o que deve ser feito na direção das fibras. No processo de emenda, deve-se obter sobreposição ou menor sobreposição possível, e as emendas de cada camada devem ser escalonadas. Geralmente, a folga de emenda para pré-impregnados unidirecionais é de 1 mm; para pré-impregnados trançados, apenas a sobreposição é permitida, não a emenda, e a largura da sobreposição é de 10 a 15 mm. Em seguida, atente-se à pré-compactação a vácuo, cuja espessura varia de acordo com os requisitos específicos. O objetivo é eliminar o ar aprisionado na laminação e os voláteis presentes no pré-impregnado, garantindo a qualidade interna do componente. Depois, aplicam-se os materiais auxiliares e realiza-se a selagem e cura a vácuo. O requisito final é que não haja vazamento de ar. Observação: O local onde geralmente ocorre vazamento de ar é a junta de vedação.

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