Materiais de Aeronaves Não Metálicos

O uso de magnésio, plástico, tecido e madeira na construção de aeronaves quase desapareceu desde meados da década de 1950. O alumínio também diminuiu muito em uso, de 80% das fuselagens em 1950 para cerca de 15% de alumínio e ligas de alumínio hoje para construção de fuselagens. Substituindo esses materiais estão materiais de aeronaves não metálicos, como plásticos reforçados e compósitos avançados.

Madeira 

As primeiras aeronaves foram construídas de madeira e tecido. Hoje, exceto para restaurações e algumas aeronaves construídas em casa, muito pouca madeira é usada na construção de aeronaves.  

Plásticos 

Os plásticos são usados ​​em muitas aplicações em aeronaves modernas. Essas aplicações vão desde componentes estruturais de plásticos termofixos reforçados com fibra de vidro até acabamentos decorativos de materiais termoplásticos para janelas. 

Plásticos Transparentes 

Os materiais plásticos transparentes usados ​​em coberturas de aeronaves, como pára-brisas, janelas e outros invólucros transparentes semelhantes, podem ser divididos em duas classes ou grupos principais: termoplásticos e termofixos. Esses plásticos são classificados de acordo com sua reação ao calor. Os materiais termoplásticos amolecem quando aquecidos e endurecem quando resfriados. Esses materiais podem ser aquecidos até ficarem macios e depois moldados na forma desejada. Quando resfriados, eles mantêm essa forma. A mesma peça de plástico pode ser reaquecida e remodelada várias vezes sem alterar a composição química dos materiais. 

Os plásticos termofixos endurecem com o aquecimento e o reaquecimento não tem efeito de amolecimento. Esses plásticos não podem ser remodelados depois de totalmente curados pela aplicação de calor.

Além das classes acima, os plásticos transparentes são fabricados em duas formas: monolítico (sólido) e laminado. Plásticos transparentes laminados são feitos de folhas de plástico transparentes coladas por um material de camada interna, geralmente polivinil butiril. Devido às suas qualidades de resistência à quebra, o plástico laminado é superior aos plásticos sólidos e é usado em muitas aeronaves pressurizadas.

A maior parte da folha transparente usada na aviação é fabricada de acordo com várias especificações militares. Um novo desenvolvimento em plásticos transparentes é o acrílico esticado. O acrílico esticado é um tipo de plástico que, antes de ser moldado, é puxado em ambas as direções para rearranjar sua estrutura molecular. Os painéis de acrílico esticados têm maior resistência ao impacto e são menos sujeitos a estilhaços; sua resistência química é maior, a orla é mais simples e as fissuras e arranhões são menos prejudiciais. 

Folhas individuais de plástico são cobertas com um papel de máscara pesado ao qual foi adicionado um adesivo sensível à pressão. Este papel ajuda a evitar arranhões acidentais durante o armazenamento e manuseio. Tenha cuidado para evitar arranhões e arranhões que podem ser causados ​​por folhas deslizando umas contra as outras ou em mesas ásperas ou sujas. 

Se possível, armazene as folhas em compartimentos inclinados a aproximadamente 10° da vertical. Se eles devem ser armazenados horizontalmente, as pilhas não devem ter mais de 18 polegadas de altura, e as folhas pequenas devem ser empilhadas sobre as maiores para evitar saliências sem suporte. Armazenar em local fresco e seco, longe de vapores de solventes, serpentinas de aquecimento, radiadores e tubos de vapor. A temperatura na sala de armazenamento não deve exceder 120 °F.

Embora a luz solar direta não prejudique o plástico acrílico, ela provoca o ressecamento e o endurecimento do adesivo de mascaramento, dificultando a remoção do papel. Se o papel não sair facilmente, coloque a folha em um forno a 250 ° F por 1 minuto, no máximo. O calor amolece o adesivo de mascaramento para facilitar a remoção do papel.

Se um forno não estiver disponível, remova o papel de mascaramento endurecido suavizando o adesivo com nafta alifática. Esfregue o papel de máscara com um pano saturado com nafta. Isso amolece o adesivo e libera o papel do plástico. As folhas assim tratadas devem ser lavadas imediatamente com água limpa, tendo o cuidado de não riscar as superfícies.

Nota: A nafta alifática não deve ser confundida com nafta aromática e outros solventes de limpeza a seco, que têm efeitos nocivos sobre o plástico. No entanto, a nafta alifática é inflamável e todas as precauções quanto ao uso de líquidos inflamáveis ​​devem ser observadas.

Materiais Compósitos 

Na década de 1940, a indústria aeronáutica começou a desenvolver fibras sintéticas para aprimorar o projeto de aeronaves. Desde então, os materiais compósitos têm sido cada vez mais utilizados. Quando os compósitos são mencionados, a maioria das pessoas pensa apenas em fibra de vidro, ou talvez grafite ou aramida (Kevlar). Os compósitos começaram na aviação, mas agora estão sendo adotados por muitas outras indústrias, incluindo automobilismo, artigos esportivos e náuticos, bem como usos da indústria de defesa. 

Um material “compósito” é definido como uma mistura de diferentes materiais ou coisas. Esta definição é tão geral que pode se referir a ligas metálicas feitas de vários metais diferentes para aumentar a resistência, ductilidade, condutividade ou quaisquer características desejadas. Da mesma forma, a composição de materiais compósitos é uma combinação de reforço, como uma fibra, um bigode ou uma partícula, cercada e mantida no lugar por uma resina formando uma estrutura. Separadamente, o reforço e a resina são muito diferentes do seu estado combinado. Mesmo em seu estado combinado, eles ainda podem ser identificados individualmente e separados mecanicamente. Um compósito, concreto, é composto de cimento (resina) e cascalho ou barras de reforço para o reforço para criar o concreto. 

Vantagens/Desvantagens dos Compósitos 

Algumas das muitas vantagens de usar materiais compósitos são:   

• Alta relação resistência-peso 

• Transferência de tensão de fibra para fibra permitida por ligação química 

• Módulo (relação rigidez-densidade) 3,5 a 5 vezes maior que o aço ou alumínio 

• Vida útil mais longa que os metais 

• Maior resistência à corrosão 

• Resistência à tração 4 a 6 vezes maior do que aço ou alumínio 

• Maior flexibilidade de projeto 

• A construção colada elimina juntas e fixadores 

• Facilmente reparável 

As desvantagens dos compósitos incluem: 

• Métodos de inspeção difíceis de conduzir, especialmente detecção de delaminação (avanços na tecnologia acabarão por corrigir este problema.) 

• Falta de banco de dados de design de longo prazo, métodos tecnológicos relativamente novos 

• Custo 

• Equipamento de processamento muito caro 

• Falta de sistema padronizado de metodologia 

• Grande variedade de materiais, processos e técnicas 

• Falta geral de conhecimento e experiência em reparos 

• Produtos frequentemente tóxicos e perigosos 

• Falta de metodologia padronizada para construção e reparos 

A maior resistência e a capacidade de projetar para as necessidades de desempenho do produto tornam os compósitos muito superiores aos materiais tradicionais usados ​​nas aeronaves atuais. À medida que mais e mais compósitos são usados, os custos, o projeto, a facilidade de inspeção e as informações sobre as vantagens de resistência ao peso ajudam os compósitos a se tornarem o material de escolha para a construção de aeronaves.

Segurança Composta 

Os produtos compostos podem ser muito prejudiciais para a pele, olhos e pulmões. A longo ou curto prazo, as pessoas podem ficar sensibilizadas aos materiais com sérios problemas de irritação e saúde. A proteção pessoal é muitas vezes desconfortável, quente e difícil de usar; no entanto, um pouco de desconforto ao trabalhar com os materiais compostos pode prevenir sérios problemas de saúde ou até mesmo a morte. 

A proteção contra partículas do respirador é muito importante para proteger os pulmões de danos permanentes causados ​​por pequenas bolhas de vidro e pedaços de fibra. No mínimo, uma máscara contra poeira aprovada para fibra de vidro é uma necessidade. A melhor proteção é um respirador com filtros de poeira. O ajuste adequado de um respirador ou máscara contra poeira é muito importante, porque se o ar ao redor da vedação for respirado, a máscara não poderá proteger os pulmões do usuário. Ao trabalhar com resinas, é importante usar proteção contra vapor. Filtros de carvão em um respirador removem os vapores por um período de tempo. Ao remover o respirador para pausas e ao recolocar a máscara, se sentir o cheiro dos vapores da resina, substitua os filtros imediatamente. Às vezes, os filtros de carvão duram menos de 4 horas. Armazene o respirador em um saco selado quando não estiver em uso. Se trabalhar com materiais tóxicos por um longo período,  

Evite o contato da pele com as fibras e outras partículas usando calças compridas e mangas compridas junto com luvas ou cremes de barreira. Os olhos devem ser protegidos com óculos à prova de vazamentos (sem orifícios de ventilação) ao trabalhar com resinas ou solventes, pois os danos químicos aos olhos geralmente são irreversíveis.  

Materiais Reforçados com Fibra 

O objetivo do reforço em plásticos reforçados é fornecer a maior parte da resistência. As três principais formas de reforços de fibra são partículas, bigodes e fibras. 

Uma partícula é um pedaço quadrado de material. Bolhas de vidro (célula Q) são esferas de vidro ocas e, como suas dimensões são iguais em todos os eixos, são chamadas de partículas.

Um bigode é um pedaço de material que é mais longo do que largo. Os bigodes são geralmente cristais únicos. Eles são muito fortes e usados ​​para reforçar cerâmicas e metais.

As fibras são filamentos únicos que são muito mais longos do que largos. As fibras podem ser feitas de quase qualquer material e não são cristalinas como os bigodes. As fibras são a base para a maioria dos compósitos. As fibras são menores do que o cabelo humano mais fino e normalmente são tecidas em materiais semelhantes a tecidos.

Estruturas Laminadas 

Os compósitos podem ser feitos com ou sem núcleo interno de material. A estrutura laminada com um núcleo central é chamada de estrutura sanduíche. A construção laminada é forte e rígida, mas pesada. O laminado sanduíche é igual em força e seu peso é muito menor; menos peso é muito importante para produtos aeroespaciais.

O núcleo de um laminado pode ser feito de quase tudo. A decisão é normalmente baseada no uso, resistência e métodos de fabricação a serem usados.

Vários tipos de núcleos para estruturas laminadas incluem espuma rígida, madeira, metal ou a preferência aeroespacial de favo de mel feito de papel, Nomex, carbono, fibra de vidro ou metal. A figura mostra uma estrutura típica de sanduíche. É muito importante seguir técnicas adequadas para construir ou reparar estruturas laminadas para garantir que a resistência não seja comprometida. Pegando um laminado de alta densidade ou face sólida e placa traseira e intercalando um núcleo no meio, faça um conjunto sanduíche. O engenheiro de projeto, dependendo da aplicação pretendida da peça, decide a seleção de materiais para a face e a placa traseira. É importante seguir as instruções específicas do manual de manutenção do fabricante em relação aos procedimentos de teste e reparo conforme se aplicam a uma aeronave específica.  

Plástico Reforçado 

O plástico reforçado é um material termoendurecível utilizado na fabricação de radomes, coberturas de antenas e pontas de asa, e como isolante para diversos equipamentos elétricos e células de combustível. Possui excelentes características dielétricas que o tornam ideal para radomes; no entanto, sua alta relação resistência-peso, resistência ao mofo, ferrugem e apodrecimento e facilidade de fabricação o tornam igualmente adequado para outras partes da aeronave.  

Os componentes plásticos reforçados das aeronaves são formados por laminados sólidos ou laminados do tipo sanduíche. As resinas utilizadas para impregnar panos de vidro são do tipo pressão de contato (requer pouca ou nenhuma pressão durante a cura). Essas resinas são fornecidas como um líquido, que pode variar em viscosidade de consistência semelhante à da água a xarope espesso. A cura ou polimerização é afetada pelo uso de um catalisador, geralmente peróxido de benzoíla.

Os laminados sólidos são construídos de três ou mais camadas de panos impregnados de resina “laminados úmidos” juntos para formar uma folha sólida ou forma moldada.

Os laminados do tipo sanduíche são construídos de duas ou mais faces de folha sólida ou uma forma moldada envolvendo um favo de fibra de vidro ou núcleo do tipo espuma. Os núcleos Honeycomb são feitos de panos de vidro impregnados com poliéster ou uma combinação de nylon e resinas fenólicas. A densidade específica e o tamanho das células dos núcleos do favo de mel variam ao longo da latitude considerável. Os núcleos de favo de mel são normalmente fabricados em blocos que são posteriormente cortados na espessura desejada em uma serra de fita. 

Os núcleos do tipo espuma são formulados a partir de combinações de resinas alquídicas e diisocianato de metatolueno. Os componentes de fibra de vidro do tipo sanduíche preenchidos com núcleos do tipo espuma são fabricados com tolerâncias extremamente estreitas na espessura geral do revestimento moldado e do material do núcleo. Para alcançar essa precisão, a resina é derramada em uma forma moldada de tolerância próxima. A formulação de resina espuma imediatamente para preencher o vazio na forma moldada e forma uma ligação entre o revestimento e o núcleo. 

Borracha 

A borracha é usada para evitar a entrada de sujeira, água ou ar e para evitar a perda de fluidos, gases ou ar. Também é usado para absorver a vibração, reduzir o ruído e amortecer as cargas de impacto. O termo “borracha” é tão abrangente quanto o termo “metal”. Ele é usado para incluir não apenas a borracha natural, mas também todas as borrachas sintéticas e de silicone.   

Borracha natural 

A borracha natural tem melhor processamento e propriedades físicas do que a borracha sintética ou de silicone. Essas propriedades incluem flexibilidade, elasticidade, resistência à tração, resistência ao rasgo e baixo acúmulo de calor devido à flexão (histerese). A borracha natural é um produto de uso geral; no entanto, sua adequação para uso em aeronaves é um tanto limitada devido à sua resistência inferior à maioria das influências que causam deterioração. Embora forneça uma excelente vedação para muitas aplicações, ele incha e muitas vezes amolece em todos os combustíveis de aeronaves e em muitos solventes (naftas e assim por diante). A borracha natural se deteriora mais rapidamente do que a borracha sintética. É usado como material de vedação para sistemas água/metanol.

Borracha sintética 

A borracha sintética está disponível em vários tipos, cada um composto de diferentes materiais para dar as propriedades desejadas. Os mais utilizados são os butílicos, Bunas e neoprene.

Butil é uma borracha de hidrocarboneto com resistência superior à permeação de gás. Também é resistente à deterioração; no entanto, suas propriedades físicas comparativas são significativamente menores do que as da borracha natural. O butil resiste ao oxigênio, óleos vegetais, gorduras animais, álcalis, ozônio e intempéries.

Como a borracha natural, o butil incha em solventes de petróleo ou alcatrão de carvão. Tem uma baixa taxa de absorção de água e boa resistência ao calor e baixa temperatura. Dependendo do grau, é adequado para uso em temperaturas que variam de -65 °F a 300 °F. O butil é usado com fluidos hidráulicos de éster de fosfato (Skydrol™), fluidos de silicone, gases, cetonas e acetonas. 

A borracha Buna-S se assemelha à borracha natural tanto nas características de processamento quanto de desempenho. Buna-S é tão resistente à água quanto a borracha natural, mas tem características de envelhecimento um pouco melhores. Tem boa resistência ao calor, mas apenas na ausência de flexão severa. Geralmente, o Buna-S tem baixa resistência à gasolina, óleo, ácidos concentrados e solventes. Buna-S é normalmente usado para pneus e câmaras como substituto da borracha natural.

Buna-N se destaca em sua resistência a hidrocarbonetos e outros solventes; no entanto, tem baixa resiliência em solventes a baixa temperatura. Os compostos Buna-N têm boa resistência a temperaturas de até 300 °F e podem ser adquiridos para aplicações de baixa temperatura até -75 °F. Buna-N tem boa resistência ao rasgo, luz solar e ozônio. Possui boa resistência à abrasão e boas propriedades de ruptura quando usado em contato com metal. Quando usado como vedação em um pistão hidráulico, não adere à parede do cilindro. Buna-N é usado para mangueiras de óleo e gasolina, revestimentos de tanques, juntas e vedações. 

O neoprene pode sofrer mais danos do que a borracha natural e possui melhores características de baixa temperatura. Possui excepcional resistência ao ozônio, luz solar, calor e envelhecimento. Neoprene parece e se sente como borracha. O neoprene, no entanto, é menos parecido com borracha em algumas de suas características do que butil ou Buna. As características físicas do neoprene, como resistência à tração e alongamento, não são iguais às da borracha natural, mas têm uma semelhança definida. A sua resistência ao rasgo, bem como a sua resistência à abrasão, é ligeiramente inferior à da borracha natural. Embora sua recuperação de distorção seja completa, ela não é tão rápida quanto a borracha natural. 

O neoprene tem resistência superior ao óleo. Embora seja um bom material para uso em sistemas de gasolina não aromáticos, tem baixa resistência à gasolina aromática. O neoprene é usado principalmente para vedações contra intempéries, canais de janelas, almofadas de pára-choques, mangueiras resistentes a óleo e diafragmas de carburador. Também é recomendado para uso com lubrificantes Freon™ e éster de silicato. 

Thiokol, também conhecido como borracha de polissulfeto, tem a maior resistência à deterioração, mas é o mais baixo em propriedades físicas. Petróleo, hidrocarbonetos, ésteres, álcoois, gasolina ou água, em geral, não afetam seriamente os Thiokols. Os tiokóis são classificados como baixos em propriedades físicas como ajuste de compressão, resistência à tração, elasticidade e resistência à abrasão ao rasgo. Thiokol é usado para mangueiras de óleo, revestimentos de tanques para gasolina de aviação aromática, juntas e vedações. 

As borrachas de silicone são um grupo de materiais de borracha plástica feitos de silício, oxigênio, hidrogênio e carbono. Os silicones têm excelente estabilidade ao calor e flexibilidade de temperatura muito baixa. Eles são adequados para juntas, vedações ou outras aplicações onde prevalecem temperaturas elevadas de até 600 °F. As borrachas de silicone também são resistentes a temperaturas de até -150 °F. Em toda essa faixa de temperatura, a borracha de silicone permanece extremamente flexível e útil sem dureza ou gomosidade. Embora este material tenha boa resistência a óleos, reage desfavoravelmente à gasolina aromática e não aromática. 

Silastic, um dos silicones mais conhecidos, é usado para isolar equipamentos elétricos e eletrônicos. Devido às suas propriedades dielétricas em uma ampla faixa de temperaturas, permanece flexível e livre de fissuras e rachaduras. Silastic também é usado para juntas e vedações em certos sistemas de óleo.

Cabo do amortecedor 

O cordão do amortecedor é feito de fios de borracha natural envoltos em uma cobertura trançada de cordões de algodão tecidos tratados para resistir à oxidação e ao desgaste. Grande tensão e alongamento são obtidos tecendo a jaqueta sobre o feixe de fios de borracha enquanto eles são esticados cerca de três vezes seu comprimento original.

Existem dois tipos de cordão elástico de absorção de choque. O tipo I é uma corda reta e o tipo II é um anel contínuo conhecido como “bungee”. As vantagens do cordão tipo II são que ele é fácil e rapidamente substituído e não precisa ser preso por estiramento e chicotadas. O cabo de choque está disponível em diâmetros padrão de 1/4 de polegada a 13⁄16 de polegada. 

Três fios coloridos são trançados na cobertura externa por todo o comprimento do cordão. Dois desses fios são da mesma cor e representam o ano de fabricação; o terceiro fio, de cor diferente, representa o trimestre do ano em que o cordão foi feito. O código cobre um período de 5 anos e depois se repete.