Processamento de Laminados de Compósitos Poliméricos Avançados com Bordas Moldadas
Processing of advanced structural polymeric composite laminates with molded edges
Cândido, Geraldo M.; Almeida, Sérgio F. M.; Rezende, Mirabel C.
http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282000000100007
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.10, n1, p.31-41, 2000
Resumo
Técnicas que contribuem para melhorar a qualidade dos compósitos produzidos por laminação manual e cura em autoclave e/ou visando à redução no custo de processamento têm sido intensamente pesquisadas. Uma das maneiras de se obter esse ganho de produtividade é eliminar operações de usinagem da borda por meio da técnica de fabricação de laminados com bordas moldadas. Neste trabalho é apresentada uma revisão da tecnologia de fabricação de peças estruturais de compósitos poliméricos avançados, com ênfase na produção de laminados com bordas moldadas. Exemplos deste tipo de acabamento são mostrados utilizando laminados cruzados simétricos [(0,90)/0]s e [(0,90)/90]s, fabricados com fita unidirecional contínua e tecido bidirecional de carbono, pré-impregnados com resina epóxi. O arranjo de fibras e resina na região da borda livre de todos os corpos-de-prova foi analisado usando um microscópio óptico. Foi observado que as fibras longitudinais (a 0°) podem se mover lateralmente na direção da borda moldada sob ação da pressão aplicada durante a cura. Bolsas de resina pura podem ser formadas nessa região dependendo da seqüência de empilhamento do laminado.
Palavras-chave
Laminados, compósitos poliméricos avançados, bordas moldadas, métodos de fabricação
Abstract
Manufacturing techniques that improve the quality and/or reduce the cost of advanced composites structures produced by vacuum bag and cure in autoclave have been intensely investigated. One way to obtain a gain in productivity is to produce laminates with molded edges. This work presents a literature review of the fabrication process of structural parts of advanced polymeric composites, with emphasis in the manufacturing of laminates with molded edges. As an example of this type of edge finishing, symmetric cross ply laminates [(0,90)/0]s and [(0,90)/90]s were manufactured with pre-impregnated unidirectional tape and fabric. The arrangement of fibers and resin near the free edge of all specimens were analyzed using an optical microscope. It was observed that longitudinal fibers in the laminate (fibers at 0o) may move laterally towards the molded edge under the action of the pressure applied during cure. Pockets of pure resin may be formed at this region depending on the laminate stacking sequence.
Keywords
Laminates, advanced composites, prepreg, molded edge, fabrication
References
1. Bratukhin, A. G. & Bogolyubov, V. S. - "Composite Manufacturing Technology", Chapman & Hall, London (1995).
2. Hull, D. - "Materiales Compuestos", Editorial Reverté, S. A., Barcelona (1987).
3. Epstein, G. & Ruth, S. - SAMPE Journal 1, p. 24 (1996).
4. Robinson, M. J.; Charette, R. O.& Leonard, B. G. - SAMPE Quartely, 2, p.26 (1991).
5. McConnell, V. P. - Advanced Composites, 4, p. 26 (1991).
6. McConnell, V. P. - Advanced Composites, 1, p. 32 (1990).
7. Gay, D. - "Matériaux Composites", Hermès, Paris (1989).
8. Schwartz, M. M. ¾ "Composite Materials Handbook", McGraw-Hill, New York (1984).
9. Stover, D. - Advanced Composites, 5, p. 30 (1991).
10. McConnell, V. P. ¾ Advanced Composites, 4, p. 27 (1990).
11. Tan, S. C. - "Stress Concentrations in Laminated Composites", Technomic Publishing Co., Inc., Lancaster (1994).
12. Strong, A. B. - "Fundamentals of Composites Manufacturing: Materials, Methods, and Applications", SME, Dearbon (1989).
13. McConnell, V. P. - Advanced Composites, 2, p. 31 (1992).
14. Klein, A. J. - Advanced Composites, 6, p. 36 (1988).
15. Allbee, N. - Advanced Composites, 4, p. 36 (1988).
16. Stover, D. - Advanced Composites, 3, p. 47 (1991).
17. Barbero, E. & GangaRao, H. V. S. - SAMPE Journal, 6, p. 9 (1991).
18. Barbero, E. & GangaRao, H. V. S. - SAMPE Journal, 1, p. 9 (1992).
19. Berman, D. W. - SAMPE Journal, 4, p.21 (1992).
20. Loud, S. - SAMPE Journal, 1, p. 30 (1996).
21. Barnes, F. J. - SAMPE Journal, 2, p. 12 (1996).
22. Davis, S. - SAMPE Journal, 3, p. 30 (1996).
23. Martin, R. H. - SAMPE Journal, 6, p. 37 (1996).
24. Sultan, M. - SAMPE Journal, 3, p. 10 (1997).
25. Klein, A. J. - Advanced Composites, 1, p. 44 (1989).
26. Leonard, L. - Advanced Composites, 5, p. 49 (1989).
27. Krolewski, S. & Gutowski, T. - "Economic Comparison of Advanced Composite Fabrication Technologies", in: 34 th International SAMPE Symposium, p. 329, may (1989).
28. Foley, M. F. - SAMPE Quartely, 2, p. 61 (1991).
29. Almeida, S. F. M. & Cândido, G. M. - Composite Structures, 25, p. 287 (1993).
30. Cândido, G. M. ¾ "Efeito do Tipo de Acabamento da Borda Livre na Resistência à Tração de Laminados de Carbono/Epóxi", Tese de Mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Brasil (1993).
31. Cândido, G. M.; Almeida, S. F. M. & Mazza, F. - "Técnicas de Fabricação para Laminados com Bordas Moldadas Resistentes à Delaminação", in: Anais do XIV Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica ¾ CD-ROM, UNESP Bauru ¾ SP, dez (1997).
32. Cândido, G. M.; Rezende, M. C. & Almeida,S. F. M. - "Influência do Efeito Higrotérmico na Resistência de Laminados Cruzados de Carbono/Epóxi com Bordas Moldadas, in: Anais do 13º.Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciências dos Materiais ¾ CD-ROM, Curitiba ¾ PR, dez (1998).
33. Delmonte, J. - "Technology of Carbon and Graphite Fiber Composites", Robert E. Krieger Publishing Co., Inc., Malabar, (1981).
34. Ellis, B. - "Chemistry and Technology of Epoxy Resins", Chapman & Hall, London (1993).
35. Hancox, N. L. & Mayer, R. M. - "Design Data for Reinforced Plastics", Chapman & Hall, London (1994).
36. Putnam, J. W.; Hayes, B. S. & Seferis, J. C. - Journal of Advanced Materials, 3, p. 47 (1996).
37. Mallic, P. K. -"Fiber-Reinforced Composites¾Materials, Manufacturing, and Design", Marcel Dekker, Inc. New York (1993).
38. Chou, T. W. - "Materials Science and Technology¾Structure and Properties of Composites", v. 13, VCH Publishers Inc., New York (1993).
39. Lee, S. M. - "International Encyclopedia of Composites", v. 4, VCH Publishers Inc., New York (1990).
40. Adams, D. F. - "Test Methods for Composite Materials", Technomic Publishing Co., Inc., Lancaster
41. Morena, J. J. - "Advanced Composite Mold Making", Van Nostrand Reinhold Company Inc., New York (1988).
42. Lubin, G. - "Handbook of Composite", Van Nostrand Reinhold Co., Inc., New York (1982).
43. Wang, Y.; Hoa, S. V. & Osman, M. O.M. - Journal of Reinforced Plastics and Composites, 12, p.1119 (1998).
44. Bader, M. G.; Smith, W.; Isham, A. B.; Rolston, J. A. & Metzner, A.B. - "Delaware Composites Design Encyclopedia-Processing and Fabrication Technology", v. 3, Technomic Publishing Co., Inc. Lancaster (1990).
45. British Plastics - "Handbook of Polymer Composites for Engineers", Woodhead Publisng Ltd, Cambridge (1994).
46. Carlson, L. A. & Pipes, R. B. - "Experimental Characterization of Advanced Composites Materials", Technomic Publishing Co., In. Lancaster (1997).
47. Almeida, S. F. M. & Nogueira Neto, Z. S. - Composite Structures, 28, p. 130 (1994).
48. Dave, R; Kardos, J. L.; Choi, S. J. & Dudukovic', M. P. - "Autoclave vs. Non-Autoclave Composite Processing", in: 32 nd International SAMPE Symposium, p.325, april (1987).
49. Wu, H. T. & Joseph, B. - SAMPE Journal, 6, p. 39 (1990).
50. Dave, R. S.; Mallow, A,; Kardos, J. L. & Dudukovic', M. P. - SAMPE Journal, 3, p.31 (1990).
51. Kim, T. W. & Jim, E. J. - "Compaction Behavior of Thick Composite Laminates During Cure", in: 34 th International SAMPE Symposium, p. 15, may (1989).
52. Joseph, B.; Hanratty, F. W. & Kardos J. L. - Journal of Composite Material, 8, p. 1000 (1995).
53. Schwarts, M. M. - SAMPE Journal, 2, p.18 (1996).
54. Ashbee, K. H. G. - "Fundamental Principles of Fiber Reinforced Composites", Technomic Publishing Co., In. Lancaster (1993).
55. Kaczmarek, H. - Journal of Composite Materials, 1, p. 59 (1995).
56. Scarponi, C. & Briotti, G. - Journal of Reinforced Plastics and Composites, 9, p. 768 (1997).
57. Gros, X. E.; Ogi, K. & Takahashi, K. - Journal of Reinforced Plastics and Composites, 5, p. 389 (1998).
58. Hexcel "Advanced Composite Reinforcements", Hexcel Composites, Pleasanton, Califórnia (1989).
59. Hexcel - "Fabric Handbook", Hexcel Composites, Pleasanton, Califórnia (1990).
60. Hexcel - "Resin Systems for Advanced Composites ¾ Resin Matrix Selector"- Hexcel Composites, Pleasanton, Califórnia (1988).
61. Hexcel - "Resin Systems for Advanced Composites - F584"- Hexcel Composites, Pleasanton Pleasanton, Califórnia (1990).
62. Zweben, C. ; Hahn, H. T. & Chou, T. W. - "Delaware Composites Design Encyclpedia-Mechanical Behavior and Properties of Composite Materials", v. 1, Technomic Publishing Co., Inc. Lancaster (1989).
63. Klein, A. J. - Advanced Materials & Processes, 3, p. 40, (1986).
64. Clements, L. L. - "Fiber Composite Materials"in: Metals Handbook, v. 9, Metals Park, ASM (1985).