Om terrorisme i straffelova av 1902 – terrorhandling

As fibras de vidro são utilizadas em larga escala graças às suas propriedades mecânicas e são classificadas como amorfas (não cristalinas). Garantem fácil processamento e custo atraente quando comparadas com outras fibras de reforço. As principais vantagens das fibras de vidro são (Gouvêa, 2009):

• Baixo custo em relação às demais fibras;

• Alta relação resistência-densidade (resistência específica). Já suas desvantagens podem ser destacadas por:

• Baixa relação módulo de elasticidade/densidade (rigidez específica) • Baixa resistência à abrasão, o que reduz a resistência à ruptura; • Adesão pobre às resinas, especialmente em presença de umidade.

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Processo de produção das fibras de vidro

Para produzir as fibras, o vidro, já elaborado, passa a 1230º C por placas metálicas de platina, chamadas de fieiras (Figura 3.13), que possuem milhares de furos de um ou dois milímetros de diâmetro.

Figura 3. 13- Representação esquemática do processo de produção das fibras de vidro. Fonte: Zurstrassen, 2009

Após passar pelas fieiras, os fios são estirados mecanicamente numa grande velocidade, para gerar filamentos de 8 a 25 mícrons de diâmetro (um mícron = 0,001 milímetro). Imediatamente após a fase de estiragem e antes de se unirem para formar os fios de base, os filamentos são impregnados com uma solução aquosa de compostos (geralmente orgânicos), processo chamado de encimagem, que tem a função de proteger a superfície da fibra e garantir a sua perfeita aderência ao material que ela vai reforçar. Existem diversos tipos de encimagem, dependendo do fim a que se destina a fibra. Em seguida, as fibras, que rapidamente se esfriam por serem muito finas, são enroladas na forma de novelos em bobinas de cartolina. O fio de vidro, por ser muito fino (mais fino que um fio de cabelo), é bastante flexível. As bobinas com as fibras recém-encimadas são levadas a uma estufa, onde, através do calor, os produtos da encimagem se solidificam e perdem a água, ganhando a sua forma definitiva, num processo chamado de polimerização. Após a polimerização, a fibra de vidro é

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submetida a transformações que resultam nas diferentes formas de apresentação sob as quais é comercializada: enroladas em rovings (bobinas); cortadas (fio cortado com cerca de 3 mm de comprimento); tecidas; picotadas e espalhadas sob manta de ligante. Essas diferentes formas de apresentação têm a finalidade de adequar as fibras à forma de utilização e aos diversos tipos de plásticos que elas irão reforçar, o que faz da fibra de vidro um material bastante versátil.

Análise da resistência mecânica das fibras de vidro

As fibras têm o poder de aumentar significativamente as propriedades mecânicas dos compósitos. No nível microscópico, os materiais exibem propriedades ortotrópicas com resistências muito maiores em uma dada direção. A Figura 3.14 mostra uma unidade básica de material com átomos ou moléculas em suas arestas. A dependência direcional é resultante das diferentes resistências das ligações intramoleculares ou intra-atômicas.

Figura 3. 14- Representação esquemática de material com características ortotrópicas. Fonte: Zurstrassen, 2009

A natureza isotrópica dos materiais é somente fruto da aleatoriedade da orientação dessas unidades básicas. Quando um material é processado, como na fusão de um metal dentro de uma forma, essas unidades básicas se orientam em qualquer direção (Figura 3.15) e, portanto, exibem propriedades mecânicas muito inferiores daquelas da unidade básica.

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Figura 3. 15- Representação esquemática das orientações ortotrópicas. Fonte: Zurstrassen, 2009

Os whiskers (Figura 3.16) são pequenos trechos de materiais, normalmente cristais com 1 a 10µ de diâmetro e 10 a 100µ de comprimento, onde as moléculas estão alinhadas na direção de sua maior resistência (Figura 3.17).

Figura 3. 16- Imagem microscópica de um whisker. Fonte: Zurstrassen, 2009

Suas propriedades são bastante próximas dos valores ideais de uma unidade básica.

Figura 3. 17- Representação esquemática do alinhamento das unidades básicas em um whisker. Fonte: Zurstrassen, 2009

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Na medida em que se adiciona mais comprimento em um whisker, obtém-se as fibras. Entretanto, surgem algumas falhas, como no caso da ausência de um átomo de carbono ou de silício, microbolhas, entre outras, principalmente em relação às fibras de vidro, quando surgem falhas ou microfissuras na superfície das mesmas, o que as enfraquece. Essas falhas são conhecidas como Griffth flaws. Assim, temos:

Fibras < whisker Onde = tensão.

A apresentação como sequências das fibras nos whiskers é puramente conceitual, mas existem evidências de que a orientação da estrutura química da fibra pode ser responsável por proporcionar altas propriedades mecânicas.

Em 1921, antes da invenção da fibra de vidro, Griffith determinou que o vidro deveria apresentar uma resistência em torno de 6.000MPa, caso não houvesse as microtrincas ou falhas existentes em sua superfície. Hoje, existem na literatura estimativas de resistência do vidro de 10.000MPa, baseadas nas forças das ligações covalentes e iônicas que compõem sua estrutura. Esses valores são bastante altos quando comparados com os valores de engenharia para a maioria dos materiais. Por exemplo, o aço exibe uma resistência em torno de 400MPa e a resistência à pressão interna de uma garrafa de vidro recém-produzida é de somente 4MPa. Na sua forma de fibra, o vidro conserva uma quantidade significativa do seu potencial. Assim, consegue-se medir resistências por volta de 3.500MPa sobre monofilamentos de vidro tipo E, conservando-se desta forma uma quantidade relevante (-35%) do potencial de resistência contido nesse material. O entendimento mais aceito é que, à medida que se diminui o diâmetro do filamento, as falhas de Griffith tornam-se cada vez menores, retendo assim um valor maior da resistência intrínseca do material. Esta teoria baseia-se na equação de Griffith:

(Equação 3. 2)

Onde:

= resistência

E = módulo

= energia de propagação da trinca

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Os produtos comerciais, todavia, não são oferecidos sobre a forma de monofilamentos, mas são constituídos de fios ou cabos. Reunindo centenas ou até milhares de filamentos para formar um cabo, a dispersão dos valores é reduzida, permitindo a obtenção de um material de propriedades homogêneas. Porém, quando se verifica a resistência de um cabo desse tipo, constata-se novamente uma forte diminuição das propriedades mecânicas do material, devido à falta de alinhamento perfeito entre os filamentos e, sobretudo para o vidro, devido à abrasão que é criada entre os filamentos quando eles se esticam durante um ensaio de resistência à tração, por exemplo. É neste ponto que os sistemas poliméricos/resinas, quando combinados com as fibras de reforço, como as de vidro, carbono ou aramida, geram materiais com propriedades excepcionais. A matriz polimérica transfere para as fibras os esforços aplicados à peça ou estrutura do compósito, como também protege as fibras da abrasão, do impacto ou do ataque do ambiente.

Tipos de fibra de vidro

Variando os componentes minerais do vidro, diferentes tipos de fibras com composição química específica podem ser produzidas. Cada tipo tem associadas propriedades e custos peculiares (Elekeyroz, 2010). Os mais importantes para filamentação são:

Vidro E (E-Glass, electrical glass) – obtido a partir do dióxido de silício. É mais resistente

que o vidro tipo A (vidro alcalino usado em janelas e garrafas). Esse vidro tem boas propriedades dielétricas e sua grande popularidade nos materiais compósitos decorre do seu baixo custo aliado às excelentes propriedades mecânicas que proporciona.

Vidro S (S-Glass, strength glass) – obtido a partir do dióxido de silício e óxido de magnésio

e possui elevada resistência à tração.

Vidro AR (AR-Glass, slkalis resistant) – resistente a álcalis e adequado para aplicação como

reforço de concreto.

Na Tabela 3.1, pode-se comparar as propriedades das fibras do tipo E e S com outras fibras naturais e materiais de engenharia mais comuns.

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Tabela 3. 1- Propriedades mecânicas e características de fibras convencionais.

Fonte: SILVA, 2003

Formas comerciais de fibra de vidro

Roving – fio contínuo fornecido em bobinas (Figura 3.18) para ser picotado no momento da

aplicação com as resinas. Pode ser usado in natura em processos para produção de outras configurações de fibra de vidro, como tecidos e mantas. É constituído por uma mecha única (cabo único), enrolada em uma bobina cilíndrica.

Figura 3. 18- Roving de fibra de vidro. Fonte: Elekeyroz, 2010.

O número de filamento contidos na mecha, a sua densidade linear (expressa em tex, 1tex=1gr/km) e o tratamento superficial da fibra, chamado de sizing, definem o produto tecnicamente. O núumero de filamentos de um roving direto de fibra de vidro é tipicamente de 2.000 ou 4.000 filamentos para os roving de tex mais alto (de 740tex para cima) e em torno

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de 1.000 filamentos para os roving de tex mais baixo (de 600 tex para baixo). As densidades lineares disponíveis no mercado vão de 100 a 4.800tex.

Tecidos – fios trançados paralelamente a 90° e/ou 45°. Disponíveis em baixas gramaturas, de

180 a 800 g/m2_.

Figura 3. 19- Tecido de fibra de vidro. Fonte: Elekeyroz, 2010.

A principal vantagem dos tecidos costurados (Figura 3.19) é proporcionar reforços em camadas de fibras com direções diferentes em cada camada. Consegue-se assim, a infusão de todas as lâminas do laminado em uma ou poucas operações. São fornecidos em rolos de até 3m de largura. A gramatura e a direção das fibras em cada camada, junto com o sizing, definem tecnicamente um tecido costurado.

Os tecidos costurados são fabricados em máquinas bi ou multiaxiais, que orientam as fibras de cada camada em um ângulo pré-definido e, depois, as unificam por meio de linhas de costura. Há também os tecidos tramados, fabricados em teares, entrelaçando os fios de urdume (sentido máquina) com os fios de trama (sentido transversal).

Mantas – as mantas (Figura 3.20) podem ser produzidas de fibras picadas ou contínuas. As

fibras são unidas quimicamente com ligantes solúveis posteriormente no estireno das resinas. Disponíveis em gramaturas de 300 a 450 g/m2_{. O grau de porosidade da manta, o teor, o grau} de cura, o tipo de ligante e o tipo de sizing permitem desenhar produtos que atendam às exigências de cada aplicação. As mantas possibilitam grande liberdade de construção das formas.

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Figura 3. 20 - Manta de fibra de vidro. Fonte: Elekeyroz, 2010.

Fibras picadas – (Figura 3.21) São empregadas como reforço disperso nos compósitos.

O padrão de comprimento de comercialização destas fibras é de 4mm. Para uso em extrusoras o ideal é 1mm de comprimento devido às forças de cisalhamento internas da máquina.

Figura 3. 21- Fibras de vidro picadas. Fonte: Elekeyroz, 2010.

Véu de fibra de vidro – disponíveis em gramaturas de 15 a 30g/m2_{, asseguram um laminado} com alto teor de resina e são indicados para reduzir a marcação das fibras maiores, proporcionando um melhor acabamento (Figura 3.22).

Figura 3. 22- Véu de fibra de vidro. Fonte: Elekeyroz, 2010.

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