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Fase de reforço do material compósito

Uma das características dos filamentos da fibra de reforço é transportar e distribuir as solicitações mecânicas entre os todos os filamentos interligados no interior do material compósito.

O processo de tecelagem do conjunto de filamentos da fibra ocorre em teares sem lançadeira quando se manufatura tecidos para aplicações em materiais compósitos, os teares organizam os agrupamentos de fibras na forma bidirecional onde os agrupamentos de filamentos na horizontal chamam-se urdume e na vertical chamam-se trama, exemplificados na Figura 2.

Figura 2 - Configuração de trama e urdume do tecido

O agrupamento de filamentos é a base de manufatura dos tecidos 2D, 3D, malhas e entrelaçados, pois comumente apresentam agrupamento das fibras nas quantidades de 200 a 12000 filamento.

O material de reforço em forma de fibra (filamento continuo) tem como orientação básica em uma única direção para tecidos unidirecionais e também para Roving (3a), ou no modo de tecido bidirecional tendo as fibras na forma de agrupamento de filamentos tramados entre si (3b), ou no modo de partículas cortadas aleatoriamente (3c), essas características são representadas na figura 3.

Figura 3 - Orientação do filamento de reforço

Conforme os tipos de orientação das fibras representadas na figura 3, hipoteticamente usando o mesmo material tanto para as fibras e tanto para matriz, tendo frações volumétricas idênticas, e sofrendo o mesmo esforço de tração longitudinal no plano 1, para os três casos percebe-se: no caso figura 3a e 3b terão uma resistência superior ao 3c, pois por terem fibras direcionadas ao sentido da força suportam maiores esforços mecânicos, mas fibras continuas unidirecionais (figura 3a) conseguem ter a capacidade superior de suportar o carregamento em relação ao tecido bidirecional (figura 3b), pois com os filamentos orientados na mesma direção que o esforço mecânico consegue-se um desempenho superior em relação as fibras entrelaçadas.

A forma de orientação dos reforços está diretamente ligada a resistência mecânica, em fibras que estão alinhadas em relação a carga exercida, faz com que se tornem altamente anisotrópicas.

Em um processo de criação de uma peça em material compósito levando em consideração os tipos de esforços, podendo-se utilizar das diferentes orientações de reforços obtidos por métodos de tecelagem, assim um único filamento de uma fibra de modo agrupado pode se tornar, rovings, mantas, tecidos 2D, malhas, tecidos 3D, entrelaçados, exemplificados no quadro 1.

Quadro 1 - Representação das diversas formas de tecelagem dos materiais de reforço.

Os tecidos 2D conforme o descrito no Quadro 1, são utilizados para aplicações que necessitam resistir aos esforços mecânicos provenientes de variadas direções, são fabricados a partir de um tear resultando em um tecido de trama firme, de variadas orientações dos conjuntos de filamentos, espessura, largura e resistências mecânicas (Figura 4).

Figura 4 - tipos de tecidos bidirecionais.

Conforme a figura 4a, representa a uma das formas mais simples de tecidos estruturais, o entrelace dos rovings seguem o um padrão da trama uma vez por cima do urdume e outra vez por baixo, essa forma de tecelagem apresenta maior quantidade de entrelaces por m² que pode reduzir a rigidez do compósito.

Na figura 4b, a forma de tecido twill tem uma disposição visual que lembra colunas diagonais mesmo a trama e o urdume sendo perpendiculares, com tecelagem de ciclo de dois Roving da trama sobre o urdume, um abaixo, dois acima, um abaixo; esse tipo de disposição da trama favorece a conformação em peças e tem boa resistência e a durabilidade;

Na figura 4c, a forma de tecido satin (HS), apresenta uma tecelagem disposta no ciclo que a trama passa ora por cima de três tramas ora por baixo de três tramas; com manufatura previamente para uso estético em produtos da indústria têxtil, o tecido satin apresenta ótima conformabilidade em aplicações de superfícies complexas.

Os principais materiais de reforço encontrados no são: Fibras de vidro; Fibra aramida (baixa densidade); fibras de carbono (Alto modulo de elasticidade e alta resistência mecânica); fibras de boro (alto módulo de elasticidade ou alta resistência mecânica); fibras de carboneto de silício (resistente a altas temperaturas); fibras naturais (sisal, linho e cânhamo).

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