Aramida em embarcações - Tecnologia de Materiais

NÁUTICA
Aramida em
embarcações
Compostos de PRF, utilizando fibra aramida e fibra de carbono, apresentam excelente
performance estrutural que pode ser otimizada com a utilização de processos de
fabricação cada vez mais sofisticados, proporcionando estruturas muito mais leves e
rígidas. O custo é semelhante ao alumínio e aço, no entanto, a maior economia se dá na
velocidade de construção, fácil repetibilidade e baixo investimento inicial. Podem ser utilizados
na forma de manta e tecidos unidirecional ou multiaxiais, dependendo do tipo de performance e
tecnologia disponível. Este texto foi fornecido pela Teijin Aramid, fabricante do fio Twaron
dos pesados cabos de aço e alumínio. As estruturas com aramida
podem ser tanto rígidas como flexíveis.
Esta matéria-prima pode ser usada nas estruturas de madeira em faixas unidirecionais com resina epóxi, conhecidas
como pré-peg, que são laminadas a +45º/-45º sobre uma camada de fibra de vidro a 0º, a qual, por sua vez, é laminada
sobre a madeira. Recomenda-se usar a aramida na parte interna do barco, já que, em caso de colisão, as fibras de aramida
suportam maiores esforços.
As fibras de aramida apresentam as seguintes vantagens:
• Baixo peso específico comparado com a fibra de vidro
• Por sua combinação única de resistência, rigidez e baixo
peso específico, permite ao desenhista e construtor obter, usando
menos material, as mesmas características mecânicas
• Alta absorção de energia
• Resistência a rachaduras
• Aumento de rigidez da estrutura.
Estas características realçam o
comportamento da navegação à vela
de um iate (baixo peso na água, rigidez que permite uma alta tensão nos
aparelhos e mais força de navegação). A aramida aumenta o conforto e o rendimento dos iates a motor.
Seu menor peso permite instalações
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com mais equipamentos e artigos de
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luxo para uma mesma potência de motor.
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A
aramida é uma fibra sintética que possui características
únicas decorrentes da sua nobre estrutura molecular, que
possibilita o desenvolvimento de um produto que possui
alto módulo, baixo alongamento e, sobretudo, grande resistência
ao impacto (daí sua grande utilização na área balística).
Peso por peso, a aramida é cinco vezes mais resistente que
o aço e não sofre corrosão em água doce nem salgada. A aramida é incombustível. Assim, é uma opção ideal para aplicação
como reforço em cascos, cabos, cordas e velas. É utilizada na
construção dos cascos de barcos para substituir parcialmente, a
fibra de vidro.
As resinas utilizadas nas aramidas são poliéster tipo isoftálico
ou ortoftálicas. A isoftálica possui melhor resistência a osmose
que a ortoftálica. Resinas epóxi e éster-vinílicas são preferidas em
estruturas que exigem alta resistência, tenacidade e rigidez.
As fibras de aramida também são aplicadas na fabricação de
tecidos para velas de alta performance e possuem uma excepcional resistência ao alongamento, ou seja, um alto módulo, permitindo que a vela mantenha suas formas geométricas e resistência
nas mais diversas condições eólicas. Aliada aos pesos reduzidos e
flexibilidade dos fios, esta propriedade gera uma vela apropriada
para alta velocidade, com excelente durabilidade e comportamento fora de série. Sem esquecer da elevada resistência à perfuração
ou rasgamento observada neste tipo de vela.
As fibras de aramida também podem ser usadas na construção de partes das estruturas de veleiros, como substituto parcial
Tecnologias de destaque
Resinas epóxi com
resistência à alta
temperatura
A Axson disponibiliza a resina epóxi
Epolan 2090/endurecedor 2026, para
a fabricação de moldes ou peças, que
apresenta como características principais
a resistência à alta temperatura (200 ºC),
baixa viscosidade, boa molhabilidade de
reforços, rápida impregnação e pot-life
longo. Utilizada em sistema de infusão,
é ideal para a fabricação de peças para
as indústrias náutica e aeronáutica,
inclusive peças de grandes dimensões.
Veja anúncio à pág. 19.
Soluções Reichhold para barcos
A empresa oferece soluções para todas as etapas de fabricação das embarcações, desde
a fabricação do molde, aplicação do gelcoat, e gelcoat de barreira química (skin coat),
laminação estrutural (infusão, manual ou spray-up), até o processo de repintura: Resapol
10-116: rápido ciclo de cura à temperatura ambiente e sua excepcional característica de
umectação das fibras de vidro, Polylite® 10-228: resina poliéster insaturada com maior
temperatura de termodistorção, suportando temperaturas de trabalho mais elevadas,
Hydrex® 100-HF: resina 100% viniléster, indicada especialmente para o processo de
infusão a vácuo, com baixa emissão de estireno, tempo de gel variável conforme ajuste do
catalisador e cobalto, baixa absorção de água, alta resistência a bolhas osmóticas, melhor
aparência na superfície. Atende as normas internacionais 1162 e 50 da SCAQMD e possui
aprovação do “Lloyds Register of Shipping”, e Norpol® 20000-S Repintura: gelcoat branco
de base isoftálica, especialmente adaptado para a repintura de barcos. Promove ganhos
superiores em relação aos sistemas convencionais de repintura, tais como uniformidade de
superfície, elevada durabilidade ao casco repintado, alto brilho, maior tempo de vida útil,
além de alta resistência a trincas e bolhas osmóticas com menor tempo de manutenção.
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PR
REVISTA DO PLÁSTICO RMais
EFORÇADO/
COMPOSITES
informações
- www.tecnologiademateriais.com.br/consulta
NÁUTICA
Um barco com aramida é mais forte?
Não é fácil responder esta pergunta. Tudo depende do material
utilizado e da construção do laminado. Os laminados convencionais
são obtidos em diferentes qualidades. Comparado com laminados à
base de tecidos ou napas obtidos pelos trabalhosos métodos manuais,
um laminado produzido pelo sistema de borrifação à pistola é mais
econômico, mas possui menos força por unidade de espessura. Quando se usa o método de pistola, as fibras de vidro são cortadas no local
e borrifadas com resinas não-particuladas.
No método manual, usa-se fibra de vidro (ou rovings), em forma
de tecido convencional, em tecido multiaxial ou como uma napa de
filamentos cortados (CSM, Chopped Strand Matts – fibras cortadas).
Na construção de barcos, normalmente, é utilizada uma combinação
destes tipos de laminados. Ao comparar um laminado de aramida com
as melhores qualidades de mesmo peso em fibra de vidro, percebe-se
que a resistência do laminado de aramida é mais que o dobro. Ao
comparar um laminado de aramida com as melhores qualidades de
mesmo peso em fibra de vidro, vê-se que a resistência do laminado
de aramida é mais que o dobro. Se comparado com o laminado com
pistola de fibra de vidro, peso por peso, o de aramida é muito mais
forte. A fibra de aramida é tão dúctil que não pode ser cortada com
ferramentas tradicionais.
As fibras de aramida apresentam-se apenas em tecidos convencionais, ou direcionais, e são obtidos no mercado em diferentes tipos de
0º, 45º,60º ou 90º, com ou sem CSM. Ao desenhar um barco, é calculada a força a que este será submetido nas direções de tais esforços. Os
tecidos biaxiais e multiaxiais são colocados de maneira que as fibras
atuem com ótimo rendimento nas direções requeridas.
Um barco com aramida é mais rápido?
PR
O peso específico da aramida é 1440 kg/m3 , aproximadamente
a metade da fibra de vidro (2650 kg/m3 ). Além disso, as fibras de
aramida são mais fortes e absorvem mais energia. Estas propriedades
possibilitam ao armador construir barcos com a mesma resistência que
os reforçados com fibra de vidro, mas substancialmente mais rápidos.
Os requisitos mínimos de espessura e resistência estão limitados pelas normas internacionais observadas por companhias como Lloyd’s,
American Bureau of Shipping ou Det Norske Veritas.
Um barco rápido tem vantagens para competir em regatas tanto
de vela como em botes de alta velocidade. Um construtor de barcos
pode também optar por construir um barco reforçado com aramida de
mesmo peso de um barco reforçado com fibra de vidro. Os laminados
serão mais espessos, fortes e muito mais seguros. Isto é particularmente recomendável para iates de lazer.
A aramida possui um módulo substancialmente mais alto que a
fibra de vidro. Portanto, a mesma força ocasiona um menor alargamento na fibra de aramida do que na de vidro, o qual se deve ter em
conta na operação de laminação. Para melhorar a impregnação da resina, alguns construtores de barcos introduzem uma camada de CSM
padrão entre cada uma das camadas de aramida. As características da
resina determinaram se isto é necessário. A adição de fibra de vidro é
uma solução econômica para aumentar a espessura e cumprir com as
normas internacionais.
Ao usar esta construção em sanduíche, é também recomendável
melhorar a adesão entre as camadas introduzindo uma fina camada
de napa de fibra de vidro (por exemplo 225 g/m2) entre o núcleo e o
tecido de aramida.
Organizações como Lloyds, Det Norske Veritas e The American Bureau of Shipping, estabelecem a espessura do casco dos
barcos nas normas internacionais de desenho, as quais embasam
no uso de fibra de vidro. Ao substituir a fibra de vidro pela fibra
de aramida, devido a sua maior rigidez e resistência, se obterá um
robusto barco de aramida.
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j ANEIRO
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m ARÇO
•
2 008
NÁUTICA
Resistência ao impacto da
aramida comparada com outros
laminados de reforço
A resistência ao impacto dos laminados de reforço depende de
vários fatores. Um deles é a capacidade da fibra para absorver energia. Este fator específico de absorção de energia se mede em relação a seu peso base. A principal vantagem da fibra de aramida é sua
maior resistência e a ausência de fragilidade, comparada com as
fibras de carbono e de vidro. Por tal razão, aramida é usado em coletes antibalas, cascos e nas blindagens de tanques e automóveis.
Reparo e osmose
As obras da reparação de um barco reforçado com aramida não
diferem muito das que se requerem para um barco reforçado de fibra
de vidro. Primeiro se lixam as bordas ásperas ao redor do dano produzido pelo choque, bastando conseguir uma superfície lisa. Depois,
o buraco é coberto com um laminado à base de resina com fibra de
vidro ou aramida. A fibra de vidro se emprega, muitas vezes, em trabalhos de reparação, mas se a parte a reparar deve possuir a mesma
força que o laminado original, é importante usar aramida.
A osmose se produz quando a água de propaga através do gelcoat e chega à capa externa do barco de poliéster. Com o passar do
tempo, esta água fica apanhada pelas substâncias ácidas presentes
no poliéster. Devido à diferença em concentração ácida da água
dentro e fora do casco, a água externa tenderá a penetrar em gotas ao interior, e é acolhida no espaço limitado à resina poliéster.
Este fenômeno é chamado de osmose, um processo irreversível
e conseqüência da diferença de concentração ácida presente. Ao
continuar o processo, a pressão da borbulha de água aumentará e
ao final ocasionará, por delaminação, um severo dano nas camadas externas do barco. Em concordância com o anterior, o tipo de
ácido usado para fabricar a resina de poliéster determinará a resistência à osmose. Na construção de um barco são usadas resinas
de poliéster baseadas em ácidos ortoftálico e resinas de poliéster
baseadas em ácido isoftálico. As primeiras são mais econômicas,
enquanto que as segundas têm uma maior resistência química.
As fibras de aramida possuem boa aderência com os poliésteres
de ácido isoftálico, a resina de poliéster isoftálico se adere melhor
ao gelcoat. O fenômeno da osmose não ocorre quando são utilizadas resinas epóxi ou vinílicas. Sempre que se emprega fibra de
aramida na construção de um barco deve-se empregar também a
melhor resina contra osmose. Portanto, o risco de osmose é menor quando o casco do barco está reforçado com aramida.
Custo
A mão-de-obra para construção de um barco é cara, e é apenas uma pequena porcentagem do custo total, destinado a materiais como a fibra para reforço e a resina. Visto que os barcos
reforçados com a fibra de vidro utilizam resinas ortoftálicas, o
emprego de resina poliéster isoftálica aumenta o preço do barco
reforçado com aramida.
As próprias fibras de aramida são mais caras que as de vidro.
Porém, graças ao peso relativamente baixo da fibra, o aumento
do custo total é limitado.
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A íntegra deste texto está disponível em www.tecnologiademateriais/consultas/fibra de aramida