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Desenvolvimento e inovação em
materiais compósitos poliméricos
LANXESS Tech Series, 24 de Maio de 2012
Gerson Marinucci
IPEN/USP
Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Materiais compósitos
poliméricos
Transporte
Construção
Agricultura Esporte/Lazer
Medicina/Saúde
Química/Petroquímica
Alimentos Aeroespacial
Automobilística Energia Eólica
Náutica/Naval
Eletricidade
Papel/Celulose
Sucroalcolera
?????????
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
14,9 kg 9,7 kg
botijão de aço (projeto de 40 anos)
botijão compósito/aço/plástico
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Propriedades mecânicas e propriedades específicas
dos principais materiais de engenharia
MATERIAL
aço
( maraging 300)
7,80 1800 231 200 26
alumínio 2,63 620 236 73 28
berílio 1,82 1700 934 300 165
titânio 4,61 1900 412 115 25
f. vidro-E 2,54 3400 1339 72 28
f. vidro-S 2,48 4800 1935 86 35
f. carb.-HM 1,79 2350 1313 358 202
f. carb.-HS 1,77 3950 2232 238 134
aramida 1,44 2730 1896 62 43
aramida HM 1,44 2730 1896 117 81
peróba 688 142 0,66 455 94
r (g/cm3)
s ( MPa)
s r E
( GPa) E r
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Custo
PRODUTO
Projeto/Análise de
tensões e deformações
Processos
Mão-de-obra
Ensaios
Ferramental Matéria-prima
Pesquisa e Análise
de Mercado
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Material compósito, ou simplesmente compósito, é o
material que apresenta dois ou mais componentes
quimicamente diferentes, denominados de matriz e
fibra, que na escala microscópica mostra uma
interface bem definida separando os elementos
constituintes que formam o material.
Compósito
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Compósitos de matriz polimérica
Utilizam matrizes termoplásticas, PEEK (poli-éte-
éter-cetona), PEI poli (eter imida), PSS poli (sulfeto de
fenileno) ou termofixas, epóxi e poliéster, por
exemplos, e elementos de reforço como fibras de
vidro, fibras aramida e fibra de carbono.
Particularmente, as resinas termofixas são
recomendas para utilização não superior a 200 ºC.
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Materiais compósitos
poliméricos
Material de reforço
Fibra de vidro
Fibra aramida
Fibra de carbono
Matriz polimérica
Resina epóxi
Resina viniléster
Resina poliéster
Cargas, agentes e
aditivos
Anti-chama
Absorvedores UV
CaCO3
• Baixo peso específico
• Elevada resistência específica
• Alto módulo específico
• Ótima resistência à “corrosão”
• Liberdade de formas
• Flexibilidade de projeto
Vantagens Desvantagens
• Degradação das propriedades a
elevadas temperaturas
• Reduzida resistência ao impacto
• Relativa ausência de critérios de projeto
• Difícil e imprecisa a detecção de defeitos
• Procedimentos de inspeção são caros e complexos 9
PEI/PPS
Poliamida
Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Compósitos poliméricos – aplicações:
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Aeronáutica e Espaço
Naval-Náutica
Automobilística
Construção Civil
Indústria Bélica
Lazer
aviões, foguetes, satélites
lanchas, veleiros, jet-ski
carroceria, chassi, freios.
casas, telhas, mármore
sintético
mísseis, bazuca, torpedo
piscinas, raquetes,
brinquedos, caiaques
Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
As propriedades de um compósitos são
dependentes:
- do tipo de fibra: carbono, aramida e
vidro
- do tipo de matriz polimérica: epóxi,
poliéster, estervinílica, PEI, PPS
- das proporções entre esses materiais
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
O faturamento do segmento em 2011 foi
de R$ 2,582 bilhões, com crescimento
de 10,4% em relação a 2010.
Em volume, o crescimento foi de 1,5%,
totalizando 208 mil toneladas.
Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Fonte: Reinforced Plastics, December, 2005 13
Consumo de compósitos nos EUA
Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Consumo de compósitos no Brasil-2008
transporte 30%
constr. civil 27%
energia eólica
16%
náutico 10%
corrosão 8%
lazer 5%
elétrico 2%
outros 2%
transporte
constr. civil
energia eólica
náutico
corrosão
lazer
elétrico
outros
190 mil toneladas e faturamento bruto de R$2,2 bilhões
Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos 14
Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Fonte: ALMACO-Assoc. Latino-Americana de Materiais Compósitos
Brasil 0,66 kg/hab/ano
EUA 4,50 kg/hab/ano
Europa 6,00 kg/hab/ano
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Mas por que utilizar materiais compósitos?
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Benefícios dos materiais compósitos poliméricos
• Menor peso
• Elevada da resistência mecânica
• Elevada resistência a fadiga
• Elevada resistência e módulo específicos
• Estabilidade dimensional
• Elevada resistência ao ataque de produtos químicos
• Processabilidade/Redução das etapas de produção
• Flexibilidade de Projeto
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Um dos requisitos nos projetos atuais de veículos é a
redução de peso
E isso se traduz na otimização do projeto, bem como
na seleção de materiais mais leves
Lightweighting
É o processo de redução de peso de um produto,
componente ou sistema para o propósito de melhorar
o desempenho, o suporte operacional (durabilidade,
reparabilidade) e capacidade de sobrevivência
(impacto).
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Ford anuncia parceria com a Dow Química para
expandir o uso de fibra de carbono em veículos
A Ford anunciou uma parceria com a Dow Automotive
Systems para pesquisar a aplicação de compostos
avançados de fibra de carbono em carros de alto
volume. O acordo faz parte da meta da Ford de
reduzir o peso de seus veículos em cerca de 340 kg,
até o final da década, para aumentar a economia de
combustível.
Fonte: Ford
19/04/12 20
Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Fonte: Ford
19/04/12
Os compostos de fibra de carbono têm sido usados há
décadas na indústria aeroespacial e carros de
competição, devido à sua combinação única de alta
resistência e baixo peso. Até recentemente, esses
materiais eram muito caros para uso em produtos de
alto volume de produção.
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O acordo da Ford com a Dow Automotive Systems
prevê a colaboração dos pesquisadores em diversas
frentes, com foco na criação de fontes econômicas de
fibra de carbono e métodos de produção de alto
volume para aplicação automotiva.
Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Fonte: www.toray.com/ir/press/pdf/050412press.pdf
Expansão do consumo de fibra de carbono
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Concepção, desenvolvimento e aplicação de
processo e materiais leves
Economia final aprimorada
Melhor desempenho
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Quando em um projeto se opta por novos
materiais, as primeiras interrogações geralmente
colocadas são:
• Quais são suas propriedades?
• São eles melhores do que os disponíveis no
mercado?
Essas perguntas assumem um papel ainda mais
relevante quando se aborda os compósitos
poliméricos, dada as inúmeras possibilidades de
formação (construção) do material.
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
CUSTO
PRODUTIVIDADE QUALIDADE
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
CUSTO
PRODUTIVIDADE QUALIDADE
DESEMPENHO
e
ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
27 Produto Lanxess
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BOEING 787
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metal sheets
composites
assembly
Textile
Forming
Preformed
RTM/RTM Light
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Materiais compósitos poliméricos Gerson Marinucci
Materials Characterization
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