Os materiais compósitos estão se tornando mais importantes na construção de estruturas aeroespaciais. Peças de aeronaves feitas de materiais compostos, como carenagens, spoilers e controles de voo, foram desenvolvidas durante a década de 1960 para reduzir o peso das peças de alumínio. As aeronaves de grande porte da nova geração são projetadas com todas as estruturas de fuselagem e asa compostas, e o reparo desses materiais compostos avançados requer um conhecimento profundo de estruturas, materiais e ferramentas compostas. As principais vantagens dos materiais compósitos são sua alta resistência, peso relativamente baixo e resistência à corrosão.
Estruturas Laminadas
Os materiais compostos consistem em uma combinação de materiais que são misturados para obter propriedades estruturais específicas. Os materiais individuais não se dissolvem ou se fundem completamente no compósito, mas agem juntos como um. Normalmente, os componentes podem ser identificados fisicamente à medida que interagem entre si. As propriedades do material compósito são superiores às propriedades dos materiais individuais a partir dos quais é construído.
Um material compósito avançado é feito de um material fibroso embutido em uma matriz de resina, geralmente laminada com fibras orientadas em direções alternadas para dar resistência e rigidez ao material. Os materiais fibrosos não são novos; a madeira é o material estrutural fibroso mais comum conhecido pelo homem.
As aplicações de compósitos em aeronaves incluem:
• Carenagens
• Superfícies de controle de voo
• Portas do trem de pouso
• Painéis de bordo de ataque e fuga na asa e estabilizador
• Componentes internos
• Vigas de piso e tábuas de piso
• Estrutura primária de estabilizador vertical e horizontal em aeronaves de grande porte
• Estrutura primária de asa e fuselagem em aeronaves de grande porte de nova geração
• Pás do ventilador do motor da turbina
• Hélices
Principais componentes de um laminado
Um material isotrópico tem propriedades uniformes em todas as direções. As propriedades medidas de um material isotrópico são independentes do eixo de teste. Metais como alumínio e titânio são exemplos de materiais isotrópicos.
Uma fibra é o principal elemento de transporte de carga do material compósito. O material compósito é apenas forte e rígido na direção das fibras. Os compósitos unidirecionais têm propriedades mecânicas predominantes em uma direção e são considerados anisotrópicos, possuindo propriedades mecânicas e/ou físicas que variam com a direção em relação aos eixos de referência naturais inerentes ao material. Componentes feitos de compósitos reforçados com fibra podem ser projetados para que a orientação da fibra produza propriedades mecânicas ótimas, mas só podem se aproximar da verdadeira natureza isotrópica de metais, como alumínio e titânio.
Uma matriz suporta as fibras e as une no material compósito. A matriz transfere quaisquer cargas aplicadas às fibras, mantém as fibras em sua posição e orientação escolhida, confere ao compósito resistência ambiental e determina a temperatura máxima de serviço de um compósito.
Características de força
As propriedades estruturais, como rigidez, estabilidade dimensional e resistência de um laminado compósito, dependem da sequência de empilhamento das camadas. A sequência de empilhamento descreve a distribuição das orientações das camadas ao longo da espessura do laminado. À medida que o número de camadas com orientações escolhidas aumenta, mais sequências de empilhamento são possíveis. Por exemplo, um laminado simétrico de oito camadas com quatro orientações de camadas diferentes tem 24 sequências de empilhamento diferentes.
Orientação da fibra
A resistência e a rigidez de um acúmulo de compósito dependem da sequência de orientação das camadas. A faixa prática de resistência e rigidez da fibra de carbono se estende de valores tão baixos quanto os fornecidos pela fibra de vidro até os valores fornecidos pelo titânio. Esta faixa de valores é determinada pela orientação das lonas para a carga aplicada. A seleção adequada da orientação da camada em materiais compósitos avançados é necessária para fornecer um projeto estruturalmente eficiente. A peça pode exigir camadas de 0° para reagir a cargas axiais, lonas de ±45° para reagir a cargas de cisalhamento e lonas de 90° para reagir a cargas laterais. Como os requisitos do projeto de resistência são uma função da direção da carga aplicada, a orientação e a sequência das camadas devem estar corretas. É fundamental durante um reparo substituir cada folha danificada por uma folha do mesmo material e orientação da folha.
As fibras em um material unidirecional correm em uma direção e a resistência e a rigidez são apenas na direção da fibra. A fita pré-impregnada (prepreg) é um exemplo de orientação de dobra unidirecional.
As fibras em um material bidirecional correm em duas direções, normalmente separadas por 90°. Um tecido de trama simples é um exemplo de orientação de dobra bidirecional. Essas orientações de camada têm resistência em ambas as direções, mas não necessariamente a mesma resistência.
As camadas de uma disposição quase isotrópica são empilhadas em uma sequência de 0°, –45°, 45° e 90° ou em uma sequência de 0°, –60° e 60°. Esses tipos de orientação de camadas simulam as propriedades de um material isotrópico. Muitas estruturas compósitas aeroespaciais são feitas de materiais quase isotrópicos.
Relógio de urdidura
Warp indica as fibras longitudinais de um tecido. A urdidura é a direção de alta resistência devido à retidão das fibras. Um relógio de dobra é usado para descrever a direção das fibras em um diagrama, folha de especificações ou folhas do fabricante. Se o relógio de urdidura não estiver disponível no tecido, a orientação padrão será zero quando o tecido sair do rolo. Portanto, 90° a zero é a largura do tecido.
Formas de fibra
Todas as formas de produtos geralmente começam com fibras brutas unidirecionais enroladas e embaladas como fios contínuos. Uma fibra individual é chamada de filamento. A palavra fio também é usada para identificar uma fibra de vidro individual. Feixes de filamentos são identificados como estopas, fios ou mechas. Os fios de fibra de vidro são torcidos, enquanto os fios de Kevlar® não são. Reboques e rovings não têm qualquer torção. A maioria das fibras está disponível como fibra seca que precisa ser impregnada (impreg) com uma resina antes do uso ou materiais pré-impregnados onde a resina já é aplicada à fibra.
itinerante
Uma mecha é um único agrupamento de filamentos ou extremidades de fibra, como mechas de vidro de 20 ou 60 pontas. Todos os filamentos estão na mesma direção e não estão torcidos. As mechas de carbono são geralmente identificadas como mechas de 3K, 6K ou 12K, K significando 1.000 filamentos. A maioria das aplicações para produtos de mechas utiliza mandris para enrolamento de filamentos e, em seguida, cura de resina até a configuração final.
Unidirecional (fita)
As fitas pré-impregnadas unidirecionais têm sido o padrão na indústria aeroespacial por muitos anos, e a fibra é tipicamente impregnada com resinas termofixas. O método mais comum de fabricação é desenhar fios crus (secos) colimados na máquina de impregnação onde as resinas derretidas a quente são combinadas com os fios usando calor e pressão. Os produtos de fita têm alta resistência na direção da fibra e praticamente nenhuma resistência nas fibras. As fibras são mantidas no lugar pela resina. As fitas têm uma resistência maior do que os tecidos.
Bidirecional (tecido)
A maioria das construções de tecido oferece mais flexibilidade para a disposição de formas complexas do que as fitas unidirecionais retas. Os tecidos oferecem a opção de impregnação de resina por solução ou pelo processo de fusão a quente. Geralmente, os tecidos usados para aplicações estruturais usam fibras ou fios de mesmo peso ou rendimento nas direções da urdidura (longitudinal) e do enchimento (transversal). Para estruturas aeroespaciais, os tecidos bem tecidos são geralmente a escolha para economizar peso, minimizar o tamanho dos vazios da resina e manter a orientação da fibra durante o processo de fabricação.
Tecidos estruturais são geralmente construídos com fios de reforço, fios ou fios interligados sobre si mesmos com colocação superior/inferior durante o processo de tecelagem. Os estilos de tecido mais comuns são tecidos lisos ou de cetim. A construção de tecelagem simples resulta de cada fibra alternando sobre e depois sob cada fio de interseção (reboque, feixe ou fio). Com os tecidos comuns de cetim, como 5 ou 8 chicotes, os feixes de fibras atravessam as direções de urdidura e enchimento, mudando de posição sobre/inferior com menos frequência.
Esses tecidos de cetim têm menos ondulação e são mais fáceis de distorcer do que um tecido simples. Com tecidos de trama simples e a maioria dos tecidos de 5 ou 8 arreios, a contagem de fios de fibra é igual nas direções de urdidura e enchimento. Por exemplo, o tecido plano 3K geralmente tem uma designação adicional, como 12 x 12, o que significa que há doze fios por polegada em cada direção. Esta designação de contagem pode ser variada para aumentar ou diminuir o peso do tecido ou para acomodar diferentes fibras de peso variável.
Não tecido (tricotado ou costurado). Tecidos tricotados ou costurados podem oferecer muitas das vantagens mecânicas das fitas unidirecionais. A colocação da fibra pode ser reta ou unidirecional sem as curvas de cima/baixo dos tecidos. As fibras são mantidas no lugar por costura com fios ou fios finos após orientações pré-selecionadas de uma ou mais camadas de camadas secas. Esses tipos de tecidos oferecem uma ampla gama de orientações de múltiplas camadas. Embora possa haver algumas penalidades de peso adicionais ou perda de algumas propriedades finais da fibra de reforço, algum ganho de cisalhamento interlaminar e propriedades de tenacidade podem ser obtidos. Alguns fios de costura comuns são poliéster, aramida ou termoplásticos.
Tipos de fibra
Fibra de vidro
A fibra de vidro é frequentemente usada para estruturas secundárias em aeronaves, como carenagens, radomes e pontas de asa. A fibra de vidro também é usada para pás de rotor de helicóptero. Existem vários tipos de fibra de vidro utilizados na indústria da aviação. Vidro elétrico, ou vidro E, é identificado como tal para aplicações elétricas. Possui alta resistência ao fluxo de corrente. E-glass é feito de vidro borossilicato. O vidro S e o vidro S2 identificam a fibra de vidro estrutural que possui uma resistência maior que o vidro E. O vidro S é produzido a partir de silicato de magnésia-alumina. As vantagens da fibra de vidro são o custo mais baixo do que outros materiais compósitos, resistência à corrosão química ou galvânica e propriedades elétricas (a fibra de vidro não conduz eletricidade). A fibra de vidro tem uma cor branca e está disponível como tecido de fibra seca ou material pré-impregnado.
Kevlar
Kevlar® é o nome da DuPont para fibras de aramida. As fibras de aramida são leves, fortes e resistentes. Dois tipos de fibra de aramida são usados na indústria da aviação. Kevlar® 49 tem alta rigidez e Kevlar® 29 tem baixa rigidez. Uma vantagem das fibras de aramida é sua alta resistência a danos por impacto, por isso são frequentemente usadas em áreas propensas a danos por impacto. A principal desvantagem das fibras de aramida é sua fraqueza geral em compressão e higroscopia. Relatórios de serviço indicaram que algumas peças feitas de Kevlar® absorvem até 8% de seu peso em água. Portanto, peças feitas de fibras de aramida precisam ser protegidas do meio ambiente. Outra desvantagem é que o Kevlar® é difícil de perfurar e cortar. As fibras fuzzy facilmente e tesouras especiais são necessárias para cortar o material. Kevlar® é frequentemente usado para aplicações militares de balística e blindagem. Tem uma cor amarela natural e está disponível como tecido seco e material pré-impregnado. Feixes de fibras de aramida não são dimensionados pelo número de fibras como carbono ou fibra de vidro, mas pelo peso.
Carbono/Grafite
Uma das primeiras distinções a serem feitas entre as fibras é a diferença entre fibras de carbono e de grafite, embora os termos sejam frequentemente usados de forma intercambiável. As fibras de carbono e grafite são baseadas em redes de camadas de grafeno (hexagonais) presentes no carbono. Se as camadas de grafeno, ou planos, são empilhadas com ordem tridimensional, o material é definido como grafite. Normalmente, o processamento de tempo e temperatura prolongados é necessário para formar esse pedido, tornando as fibras de grafite mais caras. A ligação entre os planos é fraca. A desordem freqüentemente ocorre de tal forma que apenas a ordenação bidimensional dentro das camadas está presente. Este material é definido como carbono.
As fibras de carbono são muito rígidas e fortes, 3 a 10 vezes mais rígidas que as fibras de vidro. A fibra de carbono é usada para aplicações estruturais de aeronaves, como vigas de piso, estabilizadores, controles de voo e fuselagem primária e estrutura de asa. As vantagens incluem sua alta resistência e resistência à corrosão. As desvantagens incluem menor condutividade do que o alumínio; portanto, uma malha ou revestimento de proteção contra raios é necessário para peças de aeronaves que são propensas a quedas de raios. Outra desvantagem da fibra de carbono é seu alto custo. A fibra de carbono é cinza ou preta e está disponível como tecido seco e material pré-impregnado. As fibras de carbono têm um alto potencial para causar corrosão galvânica quando usadas com fixadores e estruturas metálicas.
Boro
As fibras de boro são muito rígidas e possuem alta resistência à tração e compressão. As fibras têm um diâmetro relativamente grande e não flexionam bem; portanto, eles estão disponíveis apenas como um produto de fita pré-impregnada. Uma matriz de epóxi é frequentemente usada com a fibra de boro. As fibras de boro são usadas para reparar revestimentos de aeronaves de alumínio rachados, porque a expansão térmica do boro é próxima ao alumínio e não há potencial de corrosão galvânica. A fibra de boro é difícil de usar se a superfície do material original tiver uma forma contornada. As fibras de boro são muito caras e podem ser perigosas para o pessoal. As fibras de boro são usadas principalmente em aplicações de aviação militar.
Fibras Cerâmicas
As fibras cerâmicas são usadas para aplicações de alta temperatura, como pás de turbina em um motor de turbina a gás. As fibras cerâmicas podem ser usadas em temperaturas de até 2.200 °F.
Fibras de proteção contra raios
Um avião de alumínio é bastante condutor e é capaz de dissipar as altas correntes resultantes de um raio. As fibras de carbono são 1.000 vezes mais resistentes que o alumínio ao fluxo de corrente, e a resina epóxi é 1.000.000 vezes mais resistente (ou seja, perpendicular à pele). A superfície de um componente composto externo geralmente consiste em uma camada ou camada de material condutor para proteção contra raios, porque os materiais compostos são menos condutores que o alumínio. Muitos tipos diferentes de materiais condutores são usados, desde tecido de grafite revestido de níquel até malhas de metal, fibra de vidro aluminizada e tintas condutoras. Os materiais estão disponíveis para laminação úmida e como pré-impregnados.
Além de um reparo estrutural normal, o técnico também deve recriar a condutividade elétrica projetada na peça. Esses tipos de reparo geralmente exigem que um teste de condutividade seja realizado com um ohmímetro para verificar a resistência elétrica mínima em toda a estrutura. Ao reparar esses tipos de estruturas, é extremamente importante usar apenas os materiais aprovados de fornecedores autorizados, incluindo itens como compostos de envasamento, selantes, adesivos e assim por diante.
Materiais da Matriz
Resinas Termoendurecíveis
Resina é um termo genérico usado para designar o polímero. A resina, sua composição química e propriedades físicas afetam fundamentalmente o processamento, a fabricação e as propriedades finais de um material compósito. As resinas termofixas são as mais diversas e amplamente utilizadas de todos os materiais feitos pelo homem. Eles são facilmente derramados ou moldados em qualquer formato, são compatíveis com a maioria dos outros materiais e curam prontamente (por calor ou catalisador) em um sólido insolúvel. As resinas termofixas também são excelentes adesivos e agentes de ligação.
Resinas de poliéster
As resinas de poliéster são resinas de processamento rápido e relativamente baratas usadas geralmente para aplicações de baixo custo. Resinas de poliéster de baixa produção de fumaça são usadas para partes internas da aeronave. Os poliésteres reforçados com fibra podem ser processados por vários métodos. Os métodos de processamento comuns incluem moldagem de metal combinado, laminação úmida, moldagem por prensa (saco a vácuo), moldagem por injeção, enrolamento de filamento, pultrusão e autoclavagem.
Resina de éster de vinil
A aparência, as propriedades de manuseio e as características de cura das resinas de vinil éster são as mesmas das resinas de poliéster convencionais. No entanto, a resistência à corrosão e as propriedades mecânicas dos compósitos de vinil éster são muito melhores em relação aos compósitos de resina de poliéster padrão.
Resina Fenólica
As resinas de fenol-formaldeído foram produzidas comercialmente pela primeira vez no início de 1900 para uso no mercado comercial. Ureaformaldeído e melamina-formaldeído apareceram na década de 1920-1930 como uma alternativa menos dispendiosa para uso em temperaturas mais baixas. As resinas fenólicas são usadas para componentes internos devido às suas características de baixa fumaça e inflamabilidade.
Epóxi
Os epóxis são resinas termofixas polimerizáveis e estão disponíveis em uma variedade de viscosidades de líquido a sólido. Existem muitos tipos diferentes de epóxi, e o técnico deve usar o manual de manutenção para selecionar o tipo correto para um reparo específico. Os epóxis são amplamente utilizados em resinas para materiais pré-impregnados e adesivos estruturais. As vantagens dos epóxis são alta resistência e módulo, baixos níveis de voláteis, excelente adesão, baixo encolhimento, boa resistência química e facilidade de processamento. Suas principais desvantagens são a fragilidade e a redução das propriedades na presença de umidade. O processamento ou cura de epóxis é mais lento do que resinas de poliéster. As técnicas de processamento incluem moldagem em autoclave, enrolamento de filamentos, moldagem por prensa, moldagem em saco a vácuo, moldagem por transferência de resina e pultrusão. As temperaturas de cura variam desde a temperatura ambiente até aproximadamente 180°C (350°F). As temperaturas de cura mais comuns variam entre 250° e 350°F (120–180°C).
Poliimidas
As resinas de poliimida se destacam em ambientes de alta temperatura, onde sua resistência térmica, estabilidade oxidativa, baixo coeficiente de expansão térmica e resistência a solventes beneficiam o design. Seus principais usos são placas de circuito e estruturas de motor quente e fuselagem. Uma poliimida pode ser uma resina termofixa ou um termoplástico. As poliimidas requerem altas temperaturas de cura, geralmente superiores a 550 °F (290 °C). Consequentemente, os materiais de ensacamento compostos epóxi normais não são utilizáveis, e o ferramental de aço torna-se uma necessidade. São utilizados filmes de ensacamento e liberação de poliimida, como Kapton®. É extremamente importante que o Upilex® substitua o ensacamento de nylon de baixo custo e os filmes de liberação de politetrafluoretileno (PTFE) comuns ao processamento de compósitos epóxi.
Polibenzimidazóis (PBI)
A resina de polibenzimidazol é extremamente resistente a altas temperaturas e é usada para materiais de alta temperatura. Estas resinas estão disponíveis como adesivo e fibra.
Bismaleimidas (IMC)
As resinas de bismaleimida têm uma capacidade de temperatura mais alta e maior tenacidade do que as resinas epóxi e proporcionam excelente desempenho em temperaturas ambiente e elevadas. O processamento das resinas de bismaleimida é semelhante ao das resinas epóxi. Os IMCs são usados para motores aeronáuticos e componentes de alta temperatura. Os BMIs são adequados para processamento de autoclave padrão, moldagem por injeção, moldagem por transferência de resina e composto moldado em folha (SMC), entre outros.
Resinas Termoplásticas
Os materiais termoplásticos podem ser amolecidos repetidamente por um aumento de temperatura e endurecidos por uma diminuição de temperatura. A velocidade de processamento é a principal vantagem dos materiais termoplásticos. A cura química do material não ocorre durante o processamento, e o material pode ser moldado por moldagem ou extrusão quando estiver macio.
Termoplásticos Semicristalinos
Os termoplásticos semicristalinos possuem propriedades de resistência inerente à chama, tenacidade superior, boas propriedades mecânicas em temperaturas elevadas e após impacto e baixa absorção de umidade. Eles são usados em estruturas de aeronaves secundárias e primárias. Combinados com fibras de reforço, eles estão disponíveis em compostos de moldagem por injeção, folhas aleatórias moldáveis por compressão, fitas unidirecionais, pré-impregnados fabricados a partir de reboque (towpreg) e pré-impregnados tecidos. As fibras impregnadas em termoplásticos semicristalinos incluem carbono, carbono revestido com níquel, aramida, vidro, quartzo e outros.
Termoplásticos Amorfos
Os termoplásticos amorfos estão disponíveis em várias formas físicas, incluindo filmes, filamentos e pós. Combinados com fibras de reforço, eles também estão disponíveis em compostos de moldagem por injeção, folhas aleatórias moldáveis por compressão, fitas unidirecionais, pré-impregnados tecidos, etc. As fibras usadas são principalmente carbono, aramida e vidro. As vantagens específicas dos termoplásticos amorfos dependem do polímero. Normalmente, as resinas são conhecidas por sua facilidade e velocidade de processamento, capacidade de alta temperatura, boas propriedades mecânicas, excelente tenacidade e resistência ao impacto e estabilidade química. A estabilidade resulta em vida útil ilimitada, eliminando os requisitos de armazenamento a frio dos pré-impregnados termofixos.
Poliéter Éter Cetona (PEEK)
Poliéter éter cetona, mais conhecido como PEEK, é um termoplástico de alta temperatura. Este material de cetona aromática oferece excelentes características térmicas e de combustão e resistência a uma ampla gama de solventes e fluidos patenteados. PEEK também pode ser reforçado com vidro e carbono.
Produtos pré-impregnados (pré-impregnados)
O material pré-impregnado consiste em uma combinação de uma matriz e reforço de fibra. Está disponível na forma unidirecional (uma direção de reforço) e na forma de tecido (várias direções de reforço). Todas as cinco principais famílias de resinas de matriz podem ser usadas para impregnar várias formas de fibra. A resina não está mais em um estágio de baixa viscosidade, mas avançou para um nível de cura do estágio B para melhores características de manuseio. Os seguintes produtos estão disponíveis na forma de pré-impregnados: fitas unidirecionais, tecidos, mechas contínuas e esteira cortada. Os materiais pré-impregnados devem ser armazenados em um freezer a uma temperatura abaixo de 0 °F para retardar o processo de cura. Os materiais pré-impregnados são curados com uma temperatura elevada. Muitos materiais pré-impregnados usados na indústria aeroespacial são impregnados com resina epóxi e são curados a 250 °F ou 350 °F. Os materiais pré-impregnados são curados com autoclave, forno ou manta térmica. Eles geralmente são comprados e armazenados em um rolo em um saco plástico selado para evitar a contaminação por umidade.
Material de fibra seca
Materiais de fibra seca, como carbono, vidro e Kevlar®, são usados para muitos procedimentos de reparo de aeronaves. O tecido seco é impregnado com uma resina imediatamente antes do início do trabalho de reparo. Este processo é muitas vezes chamado de wet layup. A principal vantagem de usar o processo de laminação úmida é que a fibra e a resina podem ser armazenadas por um longo tempo à temperatura ambiente. O compósito pode ser curado à temperatura ambiente ou uma cura de temperatura elevada pode ser usada para acelerar o processo de cura e aumentar a resistência. A desvantagem é que o processo é confuso e as propriedades de reforço são menores do que as propriedades do material pré-impregnado.
Agentes Tixotrópicos
Os agentes tixotrópicos são semelhantes a gel em repouso, mas tornam-se fluidos quando agitados. Esses materiais têm alta resistência ao cisalhamento estático e baixa resistência ao cisalhamento dinâmico ao mesmo tempo em que perdem a viscosidade sob estresse.
Adesivos
Adesivos de filme
Os adesivos estruturais para aplicações aeroespaciais são geralmente fornecidos como filmes finos apoiados em um papel removível e armazenados sob condições de refrigeração (–18 °C ou 0 °F). Os adesivos de filme estão disponíveis usando aminas aromáticas de alta temperatura ou agentes de cura catalíticos com uma ampla variedade de agentes flexibilizantes e endurecedores. Os adesivos de filme epóxi endurecidos por borracha são amplamente utilizados na indústria aeronáutica. O limite superior de temperatura de 121–177 °C (250–350 °F) geralmente é determinado pelo grau de tenacidade necessário e pela escolha geral de resinas e agentes de cura. Em geral, o endurecimento de uma resina resulta em uma temperatura de serviço útil mais baixa. Os materiais de filme são frequentemente suportados por fibras que servem para melhorar o manuseio dos filmes antes da cura, controlar o fluxo do adesivo durante a colagem e auxiliar no controle da espessura da linha de colagem. As fibras podem ser incorporadas como mantas de fibra curta com orientação aleatória ou como tecido. As fibras comumente encontradas são poliésteres, poliamidas (nylon) e vidro. Os adesivos contendo tecido tecido podem ter propriedades ambientais ligeiramente degradadas devido à absorção de água pela fibra. O tecido scrim aleatório não é tão eficiente para controlar a espessura do filme quanto o tecido porque as fibras irrestritas se movem durante a colagem. As telas não tecidas spunbonded não se movem e são, portanto, amplamente utilizadas. O tecido scrim aleatório não é tão eficiente para controlar a espessura do filme quanto o tecido porque as fibras irrestritas se movem durante a colagem. As telas não tecidas spunbonded não se movem e são, portanto, amplamente utilizadas. O tecido scrim aleatório não é tão eficiente para controlar a espessura do filme quanto o tecido porque as fibras irrestritas se movem durante a colagem. As telas não tecidas spunbonded não se movem e são, portanto, amplamente utilizadas.
Colar Adesivos
Os adesivos em pasta são usados como uma alternativa ao adesivo de filme. Estes são frequentemente usados para remendos de reparo de ligação secundária a peças danificadas e também usados em locais onde o adesivo de filme é difícil de aplicar. Os adesivos em pasta para colagem estrutural são feitos principalmente de epóxi. Sistemas de uma parte e duas partes estão disponíveis. As vantagens dos adesivos em pasta são que eles podem ser armazenados à temperatura ambiente e têm uma longa vida útil. A desvantagem é que a espessura da linha de adesão é difícil de controlar, o que afeta a resistência da união. Um pano de scrim pode ser usado para manter o adesivo na linha de colagem ao colar remendos com adesivo em pasta.
Adesivos Espumantes
A maioria dos adesivos de espuma são folhas de 0,025 polegada a 0,10 polegada de espessura de epóxi de estágio B. Os adesivos de espuma curam a 250 °F ou 350 °F. Durante o ciclo de cura, os adesivos espumantes se expandem. Os adesivos espumantes precisam ser armazenados no freezer assim como os pré-impregnados, e têm apenas uma vida útil limitada. Adesivos de espuma são usados para unir pedaços de favo de mel em uma construção em sanduíche e para unir plugues de reparo ao núcleo existente durante um reparo de pré-impregnado.
Descrição das Estruturas Sanduíche
Teoria Uma construção em sanduíche é um conceito de painel estrutural que consiste em sua forma mais simples de duas folhas de face paralelas relativamente finas ligadas e separadas por um núcleo relativamente espesso e leve. O núcleo suporta as chapas de face contra a flambagem e resiste a cargas de cisalhamento fora do plano. O núcleo deve ter alta resistência ao cisalhamento e rigidez à compressão. A construção em sanduíche compósito é mais frequentemente fabricada usando cura em autoclave, cura em prensa ou cura em saco a vácuo. Os laminados de pele podem ser pré-curados e posteriormente ligados ao núcleo, co-curados ao núcleo em uma operação ou uma combinação dos dois métodos. Exemplos de estrutura em favo de mel são: spoilers de asa, carenagens, ailerons, flaps, naceles, placas de piso e lemes.
Materiais de Revestimento
A maioria das estruturas em favo de mel usadas na construção de aeronaves possui chapas de alumínio, fibra de vidro, Kevlar® ou fibra de carbono. Folhas de face de fibra de carbono não podem ser usadas com material de núcleo alveolar de alumínio, porque causa a corrosão do alumínio. Titânio e aço são usados para aplicações especiais em construções de alta temperatura. As faces de muitos componentes, como spoilers e controles de vôo, são muito finas – às vezes apenas 3 ou 4 camadas. Relatórios de campo indicaram que essas folhas de face não têm uma boa resistência ao impacto.
Madeira Balsa
Balsa é um produto de madeira natural com células fechadas alongadas; está disponível em uma variedade de graus que se correlacionam com as características estruturais, cosméticas e físicas. A densidade da balsa é inferior a metade da densidade dos produtos de madeira convencionais. No entanto, a balsa tem uma densidade consideravelmente maior do que os outros tipos de núcleos estruturais.
Corrosão
Muitas peças de fibra de vidro e Kevlar® possuem uma fina malha de alumínio para proteção contra raios. Essa malha de alumínio geralmente corrói ao redor dos orifícios dos parafusos. A corrosão afeta a ligação elétrica do painel, sendo necessário remover a malha de alumínio e instalar uma nova malha para restabelecer a ligação elétrica do painel.
A luz ultravioleta (UV) afeta a resistência dos materiais compostos. As estruturas compostas precisam ser protegidas por um revestimento superior para evitar os efeitos da luz UV. Primers e tintas UV especiais foram desenvolvidos para proteger materiais compósitos.
Inspeção Não Destrutiva (NDI) de Compósitos
Inspeção visual
Uma inspeção visual é o principal método de inspeção para inspeções em serviço. A maioria dos tipos de danos queima, mancha, amassa, penetra, desgasta ou lasca a superfície do compósito, tornando o dano visível. Uma vez que o dano é detectado, a área afetada precisa ser inspecionada mais de perto usando lanternas, lupas, espelhos e boroscópios. Essas ferramentas são usadas para ampliar defeitos que, de outra forma, podem não ser vistos facilmente e para permitir a inspeção visual de áreas que não são facilmente acessíveis. Falta de resina, riqueza de resina, rugas, ponte de lona, descoloração (devido a superaquecimento, raio, etc.), danos por impacto por qualquer causa, corpos estranhos, bolhas e descolamento são algumas das discrepâncias que podem ser detectadas com uma inspeção visual . A inspeção visual não consegue encontrar falhas internas no compósito, como delaminações, descolamentos, e matriz crazing. Técnicas NDI mais sofisticadas são necessárias para detectar esses tipos de defeitos.
Teste sônico audível (batimento de moedas)
Às vezes referido como áudio, sônico ou toque de moeda, essa técnica faz uso de frequências na faixa audível (10 Hz a 20 Hz). Um método surpreendentemente preciso nas mãos de pessoal experiente, o teste de toque é talvez a técnica mais comum usada para a detecção de delaminação e/ou descolamento. O método é realizado batendo na área de inspeção com um disco redondo sólido ou dispositivo leve tipo martelo e ouvindo a resposta da estrutura ao martelo. Um som nítido e nítido é indicativo de uma estrutura sólida bem unida, enquanto um som surdo ou baque indica uma área discrepante.
A taxa de toque precisa ser rápida o suficiente para produzir som suficiente para que qualquer diferença no tom do som seja perceptível ao ouvido. O teste de toque é eficaz em pele fina para endurecer as linhas de colagem, sanduíche de favo de mel com folhas de face finas ou mesmo perto da superfície de laminados espessos, como suportes de pás de helicópteros. Novamente, inerente ao método é a possibilidade de que mudanças dentro dos elementos internos da estrutura possam produzir mudanças de tom que são interpretadas como defeitos, quando na verdade estão presentes pelo projeto. Esta inspeção deve ser realizada em uma área o mais silenciosa possível e por pessoal experiente familiarizado com a configuração interna da peça. Este método não é confiável para estruturas com mais de quatro camadas. É frequentemente usado para mapear os danos em folhas finas de favo de mel.
Inspeção Ultrassônica
A inspeção ultrassônica provou ser uma ferramenta muito útil para a detecção de delaminações internas, vazios ou inconsistências em componentes compostos não discerníveis usando metodologia visual ou de toque. Existem muitas técnicas ultrassônicas; no entanto, cada técnica utiliza energia de onda sonora com frequência acima da faixa audível. Uma onda sonora de alta frequência (geralmente vários MHz) é introduzida na peça e pode ser direcionada para viajar normal à superfície da peça, ou ao longo da superfície da peça, ou em algum ângulo predefinido em relação à superfície da peça. Pode ser necessário tentar direções diferentes para localizar o fluxo. O som introduzido é então monitorado à medida que percorre sua rota atribuída pela parte para qualquer mudança significativa. As ondas sonoras ultrassônicas têm propriedades semelhantes às ondas de luz. Quando uma onda ultrassônica atinge um objeto de interrupção, a onda ou energia é absorvida ou refletida de volta para a superfície. A energia sônica interrompida ou diminuída é então captada por um transdutor receptor e convertida em uma exibição em um osciloscópio ou em um registrador gráfico. O visor permite que o operador avalie as indicações discrepantes comparativamente com as áreas conhecidas como boas. Para facilitar a comparação, padrões de referência são estabelecidos e utilizados para calibrar o equipamento ultrassônico.
O técnico de reparo deve perceber que os conceitos descritos aqui funcionam bem no ambiente de fabricação repetitiva, mas provavelmente serão mais difíceis de implementar em um ambiente de reparo, devido ao grande número de diferentes componentes compostos instalados na aeronave e à relativa complexidade de sua construção. . Os padrões de referência também teriam que levar em conta as transmutações que ocorrem quando um componente compósito é exposto a um ambiente em serviço por um período prolongado ou foi objeto de atividade de reparo ou ação restauradora similar. As quatro técnicas ultrassônicas mais comuns são discutidas a seguir.
Radiografia
A radiografia, muitas vezes referida como raio-X, é um método NDI muito útil porque essencialmente permite uma visão do interior da peça. Este método de inspeção é realizado através da passagem de raios X através da peça ou conjunto que está sendo testado enquanto registra a absorção dos raios em um filme sensível aos raios X. O filme exposto, quando revelado, permite ao inspetor analisar as variações na opacidade da exposição gravada no filme, criando uma visualização da relação dos detalhes internos do componente. Como o método registra mudanças na densidade total através de sua espessura, não é um método preferencial para detectar defeitos como delaminações que estão em um plano normal à direção do raio. É o método mais eficaz, no entanto, para detectar falhas paralelas à linha central do feixe de raios X. Anomalias internas, tais como delaminações nos cantos, núcleo esmagado, núcleo soprado, água nas células do núcleo, vazios nas juntas adesivas de espuma e posição relativa dos detalhes internos, podem ser facilmente vistos por meio de radiografia. A maioria dos compósitos é quase transparente aos raios X, portanto, raios de baixa energia devem ser usados. Por questões de segurança, é impraticável usá-lo próximo a aeronaves. Os operadores devem sempre estar protegidos por blindagens de chumbo suficientes, pois existe a possibilidade de exposição do tubo de raios X ou da radiação espalhada. Manter uma distância mínima de segurança da fonte de raios X é sempre essencial. então raios de baixa energia devem ser usados. Por questões de segurança, é impraticável usá-lo próximo a aeronaves. Os operadores devem sempre estar protegidos por blindagens de chumbo suficientes, pois existe a possibilidade de exposição do tubo de raios X ou da radiação espalhada. Manter uma distância mínima de segurança da fonte de raios X é sempre essencial. então raios de baixa energia devem ser usados. Por questões de segurança, é impraticável usá-lo próximo a aeronaves. Os operadores devem sempre estar protegidos por blindagens de chumbo suficientes, pois existe a possibilidade de exposição do tubo de raios X ou da radiação espalhada. Manter uma distância mínima de segurança da fonte de raios X é sempre essencial.
Termografia
A inspeção térmica compreende todos os métodos nos quais dispositivos sensores de calor são usados para medir variações de temperatura para peças sob inspeção. O princípio básico da inspeção térmica consiste em medir ou mapear as temperaturas da superfície quando o calor flui de, para ou através de um objeto de teste. Todas as técnicas termográficas contam com diferenciais de condutividade térmica entre áreas normais, livres de defeitos, e aquelas com defeito. Normalmente, uma fonte de calor é usada para elevar a temperatura da peça que está sendo examinada enquanto se observam os efeitos do aquecimento da superfície. Como as áreas livres de defeitos conduzem o calor de forma mais eficiente do que as áreas com defeitos, a quantidade de calor absorvida ou refletida indica a qualidade da ligação. Os tipos de defeitos que afetam as propriedades térmicas incluem descolamentos, rachaduras, danos por impacto, afinamento do painel, e entrada de água em materiais compósitos e núcleo de favo de mel. Os métodos térmicos são mais eficazes para laminados finos ou para defeitos próximos à superfície.
Radiografia de nêutrons
A radiografia de nêutrons é uma técnica de imagem não destrutiva capaz de visualizar as características internas de uma amostra. A transmissão de nêutrons através de um meio depende das seções de choque de nêutrons para os núcleos no meio. A atenuação diferencial de nêutrons através de um meio pode ser medida, mapeada e então visualizada. A imagem resultante pode então ser utilizada para analisar as características internas da amostra. A radiografia de nêutrons é uma técnica complementar à radiografia de raios X. Ambas as técnicas visualizam a atenuação através de um meio. A principal vantagem da radiografia de nêutrons é sua capacidade de revelar elementos leves, como hidrogênio, encontrados em produtos de corrosão e água.
Detector de Umidade
Um medidor de umidade pode ser usado para detectar água em estruturas de favo de mel sanduíche. Um medidor de umidade mede a perda de potência de radiofrequência (RF) causada pela presença de água. O medidor de umidade é frequentemente usado para detectar umidade em radomes de nariz.
