Materiais de reforço

«Fibra têxtil» é o termo genérico que designa as fibras finas fiadas a partir de vidro fundido, com secção transversal aproximadamente redonda. O vidro têxtil é fabricado a partir de vidro E de alta qualidade e, para aplicações especiais, também a partir de vidro R e vidro C. As resistências e os valores do módulo de elasticidade relativamente elevados resultam das fortes ligações entre o silício e o oxigénio numa rede tridimensional. Devido à sua estrutura amorfa, as fibras de vidro são isotrópicas, ao contrário das fibras de carbono ou de aramida.

Após a produção, é aplicado um revestimento sobre a fibra de vidro recém-formada. Este revestimento une os filamentos, protege a superfície e atua como agente de aderência para a matriz.

As fibras de carbono, ou fibras C, são compostas por mais de 90% de carbono puro e têm um diâmetro de 5 a 10 micrómetros.
Como matéria-prima, utilizam-se normalmente PAN (fibras de poliacrilonitrilo), breu ou celulose.

Características especiais

• alta resistência até cerca de 2 500 °C
• muito anisotrópicas
• dilatação térmica negativa no sentido da fibra
• condutoras de calor e de eletricidade
• boa tolerância biológica
• sensível à flexão e à pressão
• muito resistente à corrosão
• muito caro

Após o fabrico, as fibras de carbono são submetidas a um tratamento de superfície. Neste processo, a superfície é oxidada, de modo a gerar o maior número possível de óxidos superficiais, capazes de formar ligações químicas com o sistema de matriz. A superfície das fibras recebe o acabamento de fibra imediatamente após o pré-tratamento. Trata-se de uma substância que, em primeiro lugar, tem como objetivo impedir a retenção de água na superfície ativa e que contém os grupos funcionais necessários para a ligação ao sistema de matriz.

As fibras de aramida (Kevlar) são polímeros orgânicos lineares com elevada resistência e rigidez. Tal como a fibra de carbono, a fibra de aramida apresenta um coeficiente de dilatação térmica negativo devido à elevada orientação molecular (efeito de entropia).

Características especiais

• A fibra de reforço mais leve
• muito sensível à pressão
• fortemente anisotrópica
• elevada absorção de humidade
• Sensibilidade aos raios UV
• fraca aderência à matriz
• difícil usinagem
• muito caro

A superfície da fibra de aramida é quimicamente inerte e muito lisa. Assim, a aderência química ou mecânica à matriz é praticamente impossível. O revestimento aplicado tem aqui apenas uma função protetora.

As fibras de basalto são produzidas a partir de rocha basáltica fundida e transformadas em filamentos contínuos. São de origem mineral e não metálicas. Como material de reforço, estão disponíveis, entre outras formas, como roving, mantas, telas e tecidos.

Características especiais

• elevada resistência à temperatura e aos produtos químicos
• boa resistência mecânica e rigidez
• isolantes elétricos
• boa resistência à humidade
• Dependendo da arquitetura das fibras, bom amortecimento acústico e de vibrações
• matéria-prima mineral

Para a pultrusão, são especialmente relevantes os fios de basalto adequados. A facilidade de processamento e as propriedades finais do componente dependem, entre outros fatores, do apresto, do sistema de resina, do teor de fibras e da geometria do componente.

Fibra de celulose

A fibra de celulose pertence ao grupo das fibras de reforço orgânicas. É geralmente constituída por celulose sulfítica proveniente da madeira de faia ou por celulose de algodão pura.

Nos primórdios da tecnologia dos compósitos de fibras, esta fibra era utilizada para reforçar resinas fenólicas. Ainda hoje pode ser encontrada em produtos de papel endurecido com resina fenólica.

Fibra PAN

A fibra de poliacrilonitrilo pertence ao grupo das fibras de reforço orgânicas sintéticas.
A fibra PAN é uma fibra de elevada resistência com secção transversal em forma de rim. É utilizada principalmente como material de substituição em produtos de fibrocimento e em pastilhas de travão.

Fibra de polietileno

A fibra de polietileno pertence ao grupo das fibras de reforço orgânicas sintéticas.

A fibra de PE é constituída por PE UHMW altamente esticado. O seu ponto de fusão situa-se em cerca de 150 °C e apresenta tendência para a fluência. No entanto, possui uma elevada capacidade de absorção de energia de impacto e é utilizada preferencialmente como material híbrido (em combinação com outras fibras de reforço).

Fibra cerâmica

A fibra cerâmica pertence ao grupo das fibras de reforço inorgânicas sintéticas.
A fibra cerâmica é utilizada para reforçar materiais metálicos

Fibra de madeira

A fibra de madeira pertence ao grupo das fibras de reforço orgânicas naturais.

As farinhas de madeira utilizadas para reforçar as massas moldáveis de fenol-formaldeído e melamina-formaldeído são, regra geral, fibras de madeira finamente trituradas provenientes de abeto vermelho ou faia.

Fibras de poliéster (PET)

As fibras de poliéster pertencem ao grupo das fibras de reforço sintéticas orgânicas.
São utilizadas principalmente em têxteis. A resistência à tração é semelhante à das fibras de poliamida, mas a resistência ao impacto é superior à da maioria das fibras sintéticas. Quando processadas em combinação com fibras de vidro, contribuem para uma melhoria da resistência ao impacto nos materiais compósitos.

Fibra de amianto

A fibra de amianto pertence ao grupo das fibras de reforço naturais inorgânicas.

O amianto é a fibra inorgânica mais antiga e era extraído de depósitos minerais naturais (silicatos hidratados de magnésio e de sódio). Atualmente, por razões bem conhecidas, já não é utilizado e foi substituído.

Fibra metálica

As fibras metálicas pertencem ao grupo das fibras de reforço inorgânicas sintéticas.
As fibras metálicas podem ser fabricadas a partir de aço, latão, bronze, cobre, alumínio, prata, ouro e platina.
As fibras metálicas são utilizadas para reforçar materiais metálicos.

Fibra de sisal

A fibra de sisal pertence ao grupo das fibras de reforço orgânicas naturais.

No entanto, apesar do preço mais baixo em comparação com a fibra de vidro, não conseguiu impor-se.

Só quando se procurou um material substituto do amianto na produção de pastilhas de travão é que o sisal voltou a ser considerado.

Fibra de poliamida

A fibra de poliamida pertence ao grupo das fibras de reforço orgânicas sintéticas.

As fibras de poliamida mais importantes do ponto de vista técnico baseiam-se no PA 66 e no PA 6. Quando utilizadas em compósitos, melhoram sobretudo a elasticidade e a resistência à corrente de fluência.

Fibra de boro

A fibra de boro pertence ao grupo das fibras de reforço inorgânicas sintéticas.

A fibra de boro é produzida através do processo de deposição por ceras. O substrato utilizado é o tungsténio. Um fio fino de tungsténio é aquecido eletricamente e o boro precipita-se a partir da fase gasosa.

As fibras de boro são utilizadas para reforçar materiais metálicos.

Whiskers

Os whiskers pertencem ao grupo dos materiais de reforço inorgânicos sintéticos.
Os whiskers são fibras inorgânicas monocristalinas produzidas sinteticamente. Se for possível orientar estas fibras numa massa fundida, obtém-se um material compósito com uma resistência extraordinária.