As propriedades finais dos materiais não se determinam apenas em função das suas características individuais, mas também do modo como os materiais são produzidos e da forma como são inseridos nesse compósito. Em todos os processos de fabricação de compósitos existentes, desde os que incorporam tecnologias mais simples às mais avançadas, existe um conjunto de limitações, nomeadamente, no que diz respeito à capacidade de produção das peças, tamanho, forma geométrica, qualidade estrutural, homogeneidade na produção, possibilidade de automatização e custo adicional (LOPES, 2009).
A primeira consideração na construção dos compósitos é o custo. A indústria marítima opta geralmente por processos manuais ou por outras técnicas em moldes abertos. No entanto, Agências de Proteção Ambiental começaram a proibir a construção em moldes abertos e passaram a exigir a fabricação de compósitos em moldes fechados, devido às emissões de gases prejudiciais ao ambiente e aos
trabalhadores envolvidos nesses processos. Devido a esse fato, a investigação e o desenvolvimento de novas técnicas em moldes fechados para reduzir os custos e as emissões tem sido extremamente ampliadas. Tradicionalmente, tem sido escolhido o método RTM para a fabricação de compósitos. Esse método oferece muitas vantagens, incluindo melhores tolerâncias de espessura, uma superfície de laminado menos rugosa e uma redução das emissões de gases voláteis. No entanto, os custos de material necessário para esse processo são elevados para peças de dimensões maiores. Para reduzir esses custos apareceram novas técnicas que consistiam numa variação do método RTM, nos quais o molde fechado é substituído por um saco reduzindo bastante os custos de processo. Assim começaram a aparecer as técnicas de Infusão (FRANCO, 2008).
Os processos de fabricação correspondem a 50 – 60% do custo total de um compósito, e por esse motivo é um assunto que demanda significativa atenção da comunidade industrial e científica, tendo em vista o interesse em reduzir a parcela de representação deste item no custo final do produto. Pode-se classificar o processamento de compósitos de duas maneiras: pelo tipo de matriz a ser utilizada (poliméricas, cerâmicas ou metálicas), ou pelo tipo de processo utilizado para obtenção do compósito, ou seja, processamento via fase líquida, via fase gasosa ou via fase de partícula sólida. A seleção do processo de manufatura para produção de um componente em compósito deve considerar principalmente o tamanho e geometria da peça, a microestrutura desejada, incluindo o tipo de reforço e matriz, o desempenho e a avaliação mercadológica (LEVY NETO e PARDINI, 2006).
Outra forma de se classificar os processos de fabricação de compósitos é em função do ferramental (molde) utilizado. Conceitualmente, os processos de fabricação de peças, componentes e estruturas de material compósito podem ser divididos em processos de molde aberto e processos de molde fechado. A distinção está na qualidade do acabamento que se consegue na superfície do elemento fabricado e na qualidade dos moldes necessários para a conformação da peça. Processos de que utilizam molde aberto propiciam um acabamento liso e uniforme em apenas uma das faces da peça sendo necessário apenas um molde, enquanto que, nos processos que empregam molde fechado, consegue-se acabamento liso em ambas as faces e é necessário um par de moldes, chamadas de macho e fêmea ou moldes de encaixe. São exemplos de processos que utilizam molde aberto a laminação por contato (hand lay-up), a laminação por projeção (spray up) e o
enrolamento filamentar (filamento winding). Os processos mais empregados de molde fechado são a moldagem por transferência de resina (RTM/RTM light) e a moldagem por prensagem (MARINUCCI, 2011).
À medida que os níveis de exigência dos compósitos se tornaram mais rígidos, os processos manuais de manufatura se apresentaram insatisfatórios com relação ao controle da orientação e fração volumétrica de fibras, que basicamente definem a resistência mecânica de um compósito. A orientação das fibras não implicava em alterações no processo, mas o controle da fração volumétrica das fibras era um quesito fundamental na otimização do processo, para que a transferência da resistência mecânica das fibras ao compósito fosse maximizada. Da necessidade de se desenvolver um processo para impregnar as fibras de forma mais precisa e homogênea, antes do processo de moldagem propriamente dito, surgiu um produto semi-manufaturado, conhecido genericamente como pré-impregnado (“prepreg”, em inglês). O pré-impregnado é, portanto, um produto intermediário, pronto para a moldagem de compósitos, sendo constituído de uma mistura de fibras de reforço impregnadas com um determinado polímero, termorrígido formulado ou termoplástico, em uma particular fração em massa, formando tecidos ou fitas unidirecionais que formam uma lâmina única (LEVY NETO e PARDINI, 2006). Os prepregs são formados a partir de fibras impregnadas com resinas onde seu estágio de cura já foi iniciado. Esse estágio de cura é denominado de estágio B, onde cerca de 30% das ligações cruzadas possíveis estão presentes. Para evitar o avanço do processo de cura, e assim prejudicar as melhores condições de moldagem do compósito, os pré-impregnados devem ser armazenados a baixas temperaturas (em torno de –12ºC) (PRADO, 2009).
A tabela 4 ilustra um comparativo entre alguns dos principais métodos de fabricação de compósitos, hand lay-up, autoclave e RTM/VARTM, em função da produtividade do processo e parâmetros alcançados pelos compósitos fabricados como fração volumétrica de fibras e arranjo do reforço.
Tabela 4: Comparação de diferentes processos de fabricação de compósitos (NAIK et al., 2013).
Processo Habilidade
Necessária Produtividade Vf Custo
Arranjo
Reforço Forma
Hand lay-up Baixa Baixa Média Baixo 2D Simples a
complexa
Autoclave Alta Média Alta Médio a alto 2D Simples a
complexa
RTM/VARTM Média Alta Média a
alta Baixo 2D, 3D
Simples a complexa