Processamento de plásticos e materiais compósitos: comportamento mecânico de componentes em serviço

• Autor(a) principal: Capela, Carlos Alexandre Bento
• Data de Publicação: 2010
• Tipo de documento: Relatório
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.8/2690

As vantagens dos materiais plásticos, tais como facilidade de processamento, baixo custo, alta produtividade e versatilidade, permite obter plásticos e materiais compósitos de matriz polimérica para um grande número de aplicações em engenharia. Os materiais compósitos são, actualmente, muito utilizados não só na indústria aeroespacial, mas, também, num crescente número de aplicações de Engenharia Mecânica, tais como componentes de máquinas, vasos de pressão, equipamentos industriais de processos que requerem resistência à corrosão a alta temperatura, componentes sujeitos a desgaste, estruturas náuticas, equipamentos de desporto e lazer e aparelhos aplicados em biomedicina. No desenvolvimento e fabrico de peças técnicas em material plástico, processadas por injecção, é necessário ter conhecimentos de materiais plásticos, processo de moldação e bons conhecimentos de projecto e fabrico de moldes. Quando se pretende desenvolver e caracterizar materiais plásticos e plásticos reforçados é importante ter moldes específicos para processar materiais. Nesse sentido, foram desenvolvidos e fabricados dois moldes de injecção (canais frios) para processar provetes para a realização de ensaios de tracção, impacto, flexão em três pontos e ensaios de fractura. São apresentados casos de estudo realizados no âmbito do desenvolvimento e caracterização de materiais. O projecto de moldes de injecção de plásticos envolve o dimensionamento do sistema de injecção, refrigeração, selecção de materiais, análises estruturais e reológicas e dimensionamento do sistema de extracção. O dimensionamento de um sistema de extracção de um molde de injecção envolve, naturalmente, conhecimentos relativos aos materiais a processar, complexidade das peças plásticas, aspectos relacionados com o projecto e fabrico dos moldes e controlo das variáveis do processo de injecção. Com o objectivo de avaliar experimentalmente as forças envolvidas na extracção de peças plásticas, foi desenvolvido e fabricado um molde com a possibilidade de processar peças com diferentes geometrias, em função dos elementos moldantes considerados para o efeito. Na determinação das forças de extracção foram utilizadas técnicas de extensometria. Os valores relativos às forças de extracção, para diferentes materiais e diferentes condições de processamento, foram comparados com os valores de modelos disponíveis na literatura. O desenvolvimento e fabrico de materiais compósitos, bem como as técnicas de projecto e tecnologias de produção a eles associados, constituíram um dos mais importantes avanços na história dos materiais. Os plásticos e os compósitos são materiais que podem ser processados de forma a satisfazerem necessidades específicas. Os materiais compósitos podem possuir grande resistência a temperaturas superiores à temperatura ambiente, à corrosão, à oxidação e ao desgaste. Por outro lado, os processos de fabrico de compósitos estão hoje bem adaptados à fabricação de estruturas complexas, o que permite a consolidação das peças com custos de fabrico relativamente baixos. Estas características permitem a sua utilização em muitas aplicações, com vantagem em relação aos materiais monolíticos. Os materiais estudados no Capitulo 4 são compósitos de partículas muito utilizados em equipamentos de cozinha e sanitários. Estes materiais são constituídos por uma matriz polimetil-metacrilato (PMMA) com enchimento de partículas de sílica com diferentes granulometrias. Os equipamentos fabricados com estes materiais compósitos eram comercializados pela empresa Sanitana, pertencente ao Grupo KeramiK. Fazia, também, parte deste Grupo o Grupo Cinca. Estes materiais compósitos, quando utilizados em lava-louças de cozinha, podem ser submetidos a fluxos de água fria e quente que podem originar variações severas de temperatura, na zona envolvente do furo de escoamento de águas. Foram observadas roturas que parecem ser originadas pelas tensões de origem térmica desenvolvidas junto ao furo de escoamento de águas. Consequentemente, pretendeu-se estudar a sensibilidade do material à presença de defeitos de modo a compreender a ocorrência de roturas observadas em serviço. Foram obtidas as propriedades mecânicas destes materiais compósitos (Asterite, Amatis e Ultra-quartz, marcas registados pela ICI) na gama de temperaturas compreendidas entre 0° e 80° C. Estes materiais foram, também, sujeitos a estudos de tenacidade à fractura (gama de temperaturas entre 0° e 80° C) e fadiga de amplitude de carga constante e variável. Os ensaios de fadiga foram realizados em provetes de furo central onde foi analisada a influência da temperatura e da razão de tensão na resistência à fadiga. O objectivo deste estudo foi o de estabelecer o risco de falha, por fadiga, e analisar a tolerância de defeitos em condições de serviço. As tensões de origem térmica, devidas aos fluxos alternados de água fria e quente, foram determinadas experimentalmente em lava-louças instrumentados de Asterite e Ultra-quartz. Foi realizada uma análise numérica de forma a estudar a influência das temperaturas da água fria e quente nas tensões de origem térmica. Foi realizado um estudo de previsão de vida de fadiga em provetes de furo central, considerando as tensões residuais originadas pelo processo de fabrico, a solução de K obtida numericamente e as velocidades de propagação determinadas experimentalmente. Para além disso, considerando os mesmos resultados, foi realizada uma análise de fadiga térmica em lava-louças em que foi considerada a influência do ciclo térmico.