Mês: novembro 2020

As resinas epoxy são uma classe de resinas termofixas com amplo espectro de viscosidade, reologia e velocidade de cura, o que possibilita seu uso em uma grande variedade de aplicações como, por exemplo, resinas de laminação, adesivos, selantes, tintas e vernizes. Por incrível que pareça, apenas 5% das resinas epoxy consumidas no mundo são utilizadas para laminação de materiais compostos e desse universo 95% é utilizada na fabricação de pás eólicas.

Gráfico 1. Uso da resina epoxy no Brasil

Resinas epoxy podem ser definidas como todas aquelas em que as ligações químicas ocorrem através de grupos de radicais epoxy. No estado básico, essas resinas podem ser líquidas ou sólidas. No estado sólido, elas são termoplásticas, com a habilidade de serem dissolvidas pelo calor e endurecidas pelo resfriamento. Sua conversão em uma resina termofixa ocorre através do processo de polimerização pela adição de um endurecedor que inicia uma reação irreversível de ligação entre as moléculas. Os endurecedores compõem parte da estrutura polimérica final da resina, portanto sua escolha possui influência no desempenho mecânico das peças finalizadas.

A taxa de resina/endurecedor é muito diferente de outras resinas e, dependendo do sistema utilizado, pode variar em 100:12, 100:25, 100:30 e até mesmo 100:50 partes em peso de resina e endurecedor. Para o construtor de barcos as resinas que costumam apresentar melhores características mecânicas a temperatura ambiente costumam variar a proporção resina endurecedor de 100:26 até 100:33.

O gel time da resina epoxy pode variar entre poucos minutos e várias horas, conforme a necessidade do construtor. Essa grande vantagem em relação a outras resinas pode ser controlada pela escolha do tipo de endurecer, que pode ser lento, médio ou rápido. Uma combinação de endurecedores pode ser utilizada para que se alcança um tempo de gel adequada para uma determinada peça. Um erro muito comum cometido pela maioria dos laminadores é aumentar ou diminuir a proporção de endurecedor indicada pelo fabricante para modificar o tempo gel. Ao contrário das resinas poliéster e estervinílicas, a resina epoxy não pode sofrer alteração na proporção de endurecedor pois a cura final do laminado será seriamente afetada.

Com seu gel time variando entre 15 minutos e 12 horas, as resinas epoxy possuem formulações adequadas para laminações manuais, vacuum bag e até mesmo infusão.

Há uma certa resistência por parte dos construtores de barcos de produção seriada em usar resinas epoxy por questões de custo, mas atualmente já se encontram opções com propriedades mecânicas excelentes para laminação e cura à temperatura ambiente com um custo bem acessível. No entanto, a resina é apenas uma pequena parte do custo total do barco. No caso de utilização de fibras como Kevlar® e carbono, este valor é uma pequena parcela a ser considerada pelo aumento significativo de performance no laminado.

Se esse tipo de resina for utilizado com precisão é possível se obter teores de resina até duas vezes menores que nos laminados convencionais em resina poliéster, o que também proporciona melhores propriedades mecânicas e necessidade de uma quantidade menor de fibras de reforço para o mesmo trabalho. Assim, computando o peso final do laminado, peso da resina, resistência e velocidade de construção, é possível concluir que a diferença em termos de custo das resinas poliéster e epoxy pode não ser tão discrepante.

Atualmente é muito comum a utilização de flybridges e hard tops em embarcações de médio e grande porte. Com isso, essas embarcações ganham uma grande projeção vertical. Esse conceito agrega, além da parte estética, um grande aumento de área útil na embarcação sem que seu comprimento (L) seja afetado.

Mas como nem tudo é perfeito, o projetista deve ficar muito atento com o centro de gravidade vertical (VCG) da embarcação. A adição de componentes estruturais, assim como de mobília e a circulação de pessoas nessas áreas mais altas pode afetar bastante a estabilidade da embarcação.

Por esse motivo, o controle de pesos da embarcação deve ser feito de forma muito assertiva e o construtor deve seguir a risca o projeto realizado. No caso de qualquer alteração por parte do proprietário, o que costuma acontecer em 11 de 10 oportunidades, os pesos de cada um dos novos componentes devem ser atualizados na planilha de centro de gravidade da embarcação para que não se tenha nenhuma surpresa no lançamento.

Como em qualquer projeto da vida real, na prática a teoria é outra, então mesmo com uma planilha super bem montada e detalhada, ainda é muito provável que a previsão teórica inicial não seja cumprida.

Para descobrir na prática quais os centros de gravidade da embarcação, longitudinal (LCG), transversal (TCG) e vertical (VCG), o método mais utilizado é o teste de inclinação.

Esse teste consiste em adicionar peso, normalmente barras de chumbo, distribuídas igualmente entre os lados de BB e BE na área mais alta possível da embarcação e movimentar esses pesos para os dois lados de acordo com um esquema pré-definido em norma. A movimentação da carga gera uma inclinação na embarcação e essa inclinação pode ser medida através de níveis de bolha, conhecidos como “tubos U”, fixados nos dois bordos da embarcação. Durante o teste de inclinação, a embarcação deve estar completa, com todos os móveis e materiais que irão estar presentes durante a operação. A circulação de pessoas na embarcação deve ser a mínima possível. As condições de vento e ondulação também devem ser levadas em consideração para não mascararem os resultados.

Com a inclinação e outros parâmetros da embarcação como deslocamento, calados, posição das perpendiculares de ré e vante, posição e capacidade dos tanques, assim como inúmeros outros, é possível determinar a posição do centro de gravidade vertical e com isso calcular a estabilidade da embarcação.

Esses cálculos são muito importantes principalmente em embarcações acima de 24 m e são a ferramenta que o engenheiro responsável tem a sua disposição para verificar se a embarcação poderá ser classificada conforme projeto.

A resina poliéster atualmente está presente em quase 90% de todas as embarcações fabricadas em composites no mundo, principalmente por seu baixo custo em comparação com as demais opções. Como existe uma grande variedade de matrizes poliéster à disposição, com diversas propriedades físicas e mecânicas, é possível formular uma resina específica para cada tipo de aplicação.

Para a construção náutica, os métodos de spray-up, laminação manual e infusão à vácuo são os que mais utilizam a matriz poliéster. Como cada processo possui características distintas, são necessárias formulações diferentes. As resinas de spray-up, por exemplo, precisam de um tempo de gel pequeno e viscosidade suficiente para manter os fios picotados aderidos ao laminado. Já as resinas de laminação manual normalmente possuem alta viscosidade e o tempo de gel médio (em torno de 20 a 30 minutos), enquanto as resinas de infusão precisam ter a viscosidade baixa (aproximadamente 200 cps) e o tempo de gel alto para que de tempo de impregnar todo o laminado.

O processo de cura da resina poliéster é talvez a parte mais importante da fabricação de laminados para a indústria náutica. É importante controlar bem a temperatura inicial e final da resina, assim como o tipo e a quantidade de catalisador utilizado.  O catalisador mais comum é o peróxido de metil-etil-cetona, conhecido como MEKP, que normalmente é misturado a resina na proporção de 0,8% a 2,0%, em peso. É muito importante respeitar as taxas de catalisação informadas por cada fabricante para que não haja problemas na cura da resina.

A temperatura e umidade do ambiente de laminação também são fatores extremamente importantes. Resinas poliéster não apresentam um bom desempenho abaixo de 18°C e quando a temperatura ambiente está abaixo desse limite, é necessário aquecer a resina entre 22°C e 25°C. Além de problemas na catalisação, a temperatura baixa eleva muito a viscosidade da resina, podendo causar falha de impregnação e impedir o fluxo de resina no laminado no caso de infusão a vácuo. Altas temperaturas causam o efeito contrário, começando com a redução significativa do tempo de gel e a diminuição drástica da viscosidade. Durante a laminação, deve ser observado também que o valor da umidade relativa não ultrapasse 85%.

Durante os últimos anos da construção em material composto as fibras de reforço apresentaram um avanço que possibilitou o uso da tecnologia de laminação a vácuo ou pelo processo de infusão, proporcionando a produção de peças com resistência superior à maioria dos materiais de engenharia conhecidos.

Dentro da estrutura do material composto, as fibras são responsáveis pela transferência das tensões através da matriz de resina. Dentre todas as características das fibras de reforço, o tipo de filamento, a interação da sua superfície com a matriz de resina, a quantidade de resina e finalmente a orientação do reforço são as que irão determinar a performance final do laminado.

O grau de interação superficial da fibra com a resina controla as características de adesão entre elas e no final proporciona a coesão do laminado, o que é altamente influenciado pelo tipo de tecelagem, trama e tratamento superficial. Tipos de reforço com maior poder de compactação no processo de infusão irão fornecer maior fração em volume de fibras e maiores propriedades mecânicas. Neste processo, o alinhamento das fibras é fundamental para reduzir os espaços vazios a serem preenchidos pela resina. Laminados produzidos com baixa tecnologia de tecelagem irão produzir espaços vazios entre os cabos e reduzir o grau de compactação.  É um engano pensar que um tecido produzido em um tear simples pode fabricar um produto de qualidade que o construtor use todo o potencial do laminado.

O diâmetro das fibras também é importante e, como regra geral, quanto menor o diâmetro, melhor será a adesão entre as fibras e a matriz de resina, melhor a compactação e menor o índice de porosidade e, finalmente, maior a resistência. Geralmente quanto maior a quantidade de fibras, maior a resistência do laminado, entretanto a partir de 70% de fração em volume a matriz de resina não consegue manter a coesão das fibras e a tendência é haver redução das propriedades mecânicas.