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Entendendo as estruturas de fibra de vidro (PRFV): Da teoria à prática

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Tag: material não convencional

O Polímero Reforçado com Fibras de Vidro (PRFV) é um material não convencional que tem se consolidado como uma solução de alta eficiência em diversas indústrias devido às suas propriedades. Na construção civil, o PRFV oferece uma combinação de leveza e resistência que resulta em performance e durabilidade.

Neste post, exploraremos o PRFV em detalhes: definição, processo de produção, propriedades, características e aplicações práticas. 

Boa leitura!

O que é PRFV?

O PRFV, se configura como uma combinação de resina polimérica termorrígida, como poliéster ou epóxi, combinadas com fibras de vidro.

As fibras de vidro podem ser cortadas e distribuídas em direções aleatórias ou mantidas longas e orientadas em uma direção preferencial, dependendo da aplicação.

A seguir, apresentamos as principais configurações de reforços com direções preferenciais.

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Figura 1 – Configurações de reforços e direcionamento das fibras.

Quando combinado com uma matriz polimérica (resina), o resultado é um material que combina a resistência e rigidez das fibras de vidro com a capacidade da resina de distribuir tensões, moldar e proteger as fibras.

Principais Métodos de Produção

Pultrusãolaminação injeção são os métodos mais utilizados para criar elementos de PRFV, cada um selecionado com base nas necessidades específicas da aplicação final.

Pultrusão

É um processo contínuo utilizado para produzir perfis de seção constante. Nele, as fibras de vidro são impregnadas com resina e puxadas através de um molde aquecido . O molde cura o material, resultando em peças longas e uniformes, como perfis estruturais e barras. A Figura 2, abaixo, apresenta um esquema desenho esquemático do processo de pultrusão.

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Figura 2 – Processo de produção do PRFV por pultrusão.

Vale destacar que os perfis pultrudados possuem uma alta taxa de produção com consistência dimensional. Entretanto, a estrutura necessária para a produção das peças demanda equipamentos sofisticados para garantir a qualidade da produção.

Laminação

A laminação manual é uma técnica na qual resina é aplicada manualmente sobre mantas e tecidos de fibra de vidro previamente cortados, colocados em um molde preparado com agente desmoldante.

As fibras são impregnadas com resina usando pincéis ou rolos de metal, garantindo a saturação completa e a remoção de bolhas de ar. Esse processo é repetido camada por camada até atingir a espessura e as propriedades desejadas.

Ideal para a produção de peças com formas complexas, a laminação manual é relativamente simples e tem baixo custo inicial. No entanto, é intensiva em mão-de-obra e pode ser demorada, resultando em um custo final mais elevado por peça.

Injeção

O processo de injeção na fabricação de PRFV envolve a preparação de um molde, onde as fibras de vidro são posicionadas e impregnadas com resina líquida.

A resina, misturada com um catalisador, é injetada sob pressão ou vácuo para garantir a saturação completa das fibras e a eliminação de bolhas de ar.

Após a injeção, a peça é curada até que a resina solidifique, consolidando a estrutura reforçada. Finalmente, a peça é removida do molde e passa por acabamentos para atender às especificações desejadas.

Este método é eficiente e preciso, porém, necessita de um investimento inicial considerável.

Embora esses métodos ofereçam flexibilidade e alta qualidade de fabricação, os custos associados ao equipamento e à mão-de-obra qualificada ainda são altos.

Esta realidade faz com que a produção de PRFV permaneça uma escolha de investimento superior em comparação com o aço, por exemplo, mas compensadora a longo prazo, especialmente em aplicações que exigem materiais com alta durabilidade e leveza.

Principais Propriedades Mecânicas

As propriedades mecânicas do Polímero Reforçado com Fibras de Vidro (PRFV) são um dos principais motivos de sua popularidade em diversas aplicações industriais. O material possui alta resistência à tração.

Em uma comparação direta, vergalhões de aço apresentaram resistência de aproximadamente 500 MPa, enquanto os vergalhões de PRFV chegaram a 800 MPa, quando submetidos à tração. Entretanto, vale destacar que as propriedades do material vão depender do volume de fibras utilizado.

Além disso, a resistência mecânica do PRFV é altamente influenciada pelo posicionamento das fibras dentro da matriz polimérica.

Esta característica é conhecida como anisotropia, onde as propriedades mecânicas variam conforme a direção da força aplicada. Logo o alinhamento das fibras pode ser orientado para maximizar a força em direções específicas.

Estas características fazem com que o projeto demande um olhar diferenciado para garantir eficiência e segurança estrutural. A seguir, montamos um compilado com as vantagens e desvantagens do material.

Vantagens

  1. Alta resistência à tração: Suporta tensões em níveis equivalentes ao aço, sendo ideal para aplicações que demandem alta capacidade de carga.
  2. Baixo peso: Facilita o transporte e a instalação, reduzindo os custos operacionais e estruturais em projetos.
  3. Baixa condutividade térmica: Minimiza a transferência de calor e tornando-o ideal para aplicações que exigem controle de temperatura.
  4. Neutralidade eletromagnética: Não interfere com sinais eletromagnéticos, o que é essencial para dispositivos eletrônicos e comunicações.
  5. Liberdade de formas: Pode ser moldado em diversas formas e tamanhos, oferecendo flexibilidade para designers e engenheiros.
  6. Material não combustível: Não propaga chamas. Entretanto seu desempenho em situações de incêndio vai depender da resina utilizada.
  7. Alta resistência à ataques químicos: Resistente a corrosão e ataques de substâncias químicas, garantindo longevidade em ambientes adversos.

Desvantagens

  1. Comportamento anisotrópico: As propriedades variam conforme a direção, o que pode complicar o projeto e análise de peças estruturais.
  2. Impossibilidade de dobra e solda: Não pode ser dobrado ou soldado, limitando sua aplicação em processos que requerem junções ou adaptações pós-fabricação.
  3. Ruptura frágil: Tende a quebrar de forma abrupta quando atinge sua carga limite, não apresentando nenhuma deformação plástica.
  4. Custo inicial: O preço elevado de materiais e processos de fabricação pode ser um obstáculo.

Principais Aplicações

Devido às suas propriedades únicas já mencionadas como resistência à corrosão, leveza e durabilidade, as aplicações do PRFV abrangem diversos setores e estruturas. Tais como:

  1. Indústria Automotiva: O PRFV é usado em painéis de carroceriacomponentes estruturais e partes internas para reduzir o peso dos veículos e melhorar a eficiência de combustível.
  2. Energia Eólica: Aplicado na fabricação de lâminas de turbinas eólicas, suportando cargas mecânicas e condições ambientais extremas. Um exemplo são as lâminas de grande escala em parques eólicos offshore.
  3. Aeronáutica: O PRFV é essencial em fuselagensasas e outras partes de aeronaves que exigem leveza e solidez estrutural. Em aeronaves comerciais, ele ajuda a reduzir o peso total, aumentando a eficiência de combustível.
  4. Indústria Química e Petroquímica: Aplicadas no transporte de produtos químicos corrosivos e no armazenamento de líquidos e gases corrosivos. Aplicado em estruturas como: Tubulações, conexões, tanques e contêineres.
  5. Infraestrutura Viária: Usado em pontes de pedestres e passarelas por sua resistência à corrosão e instalação fácil. Equipamentos de sinalização, como postes de trânsito e luminárias, também aproveitam seu baixo peso e durabilidade contra intempéries.
  6. Infraestrutura Agrícola: Usado em elementos estruturais e sistemas de fertirrigação expostos a fertilizantes e demais resíduos da indústria agrícola extremamente corrosivos.
  7. Setores sensíveis a intervenções eletromagnéticas: Devido à sua transparência eletromagnética, que preserva a integridade dos sinais e reduz o ruído na comunicação, melhorando a performance e prevenindo falhas. É amplamente recomendado em salas de ressonância magnéticaantenasequipamentos de comunicação e aplicações aeroespaciais.

Conclusão

O Polímero Reforçado com Fibras de Vidro (PRFV) é um material inovador que oferece várias características e vantagens únicas. Embora seu custo inicial seja alto, ele proporciona um retorno significativo a longo prazo.

Suas vantagens incluem a redução do combustível necessário para transporte, devido ao seu baixo peso, e a diminuição da necessidade de manutenção recorrente. Essas características contribuem para um uso mais sustentável de materiais estruturais, resultando em menos emissões de gases associados a transporte e menor geração de resíduos, devido à sua durabilidade.

Por fim, cabe lembrar que o material possui uma alta performance mecânica, sendo uma excelente opção para projetos desafiadores.

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