Produção de cilindros em compósito reforçados localmente pela combinação de filament winding e tailored fiber placement - Azevedo, Cristiano Baierle de (2024)
O filament winding (FW) é uma das principais técnicas para fabricação de estruturas cilíndricas em compósitos. Contudo, apresenta algumas limitações, como a restrição na disposição das fibras em certas condições, como em ângulos próximos à direção axial do cilindro, e na aplicação de fibras para reforçar localmente apenas as regiões mais solicitadas da estrutura. Uma estratégia inovadora para superar estas limitações seria combinar o FW com processos que permitam aplicar fibras com maior liberdade de ângulos e posições, como o tailored fiber placement (TFP). Assim, o foco desta tese é desenvolver um processo para produzir cilindros por dry-FW localmente reforçados com preformas TFP, impregnadas de resina pelo método VAP (vacuum assisted process) entre duas camadas FW durante o processo de enrolamento. A primeira etapa do estudo consistiu em testes preliminares qualitativos para avaliar possíveis limitações do processo, aplicando insertos de diferentes espessuras e formatos entre duas camadas FW. Observou-se que insertos com formato senoidal, ou seja, com espessura mínima nas bordas e máxima no centro, minimizam regiões ricas em resina. Na segunda etapa, preformas com fibras unidirecionais impregnadas com resina foram posicionadas na direção axial de cilindros, permitindo posicionar fibras em um ângulo que não é possível no processo FW convencional. O processo de impregnação das preformas por VAP foi bemsucedido, resultando em boa homogeneidade e baixos teores de vazios. No entanto, alguns defeitos foram identificados em preformas mais espessas devido às características intrínsecas do VAP. Após a cura, observou-se a polimerização completa, tanto na região das camadas FW como nas regiões das preformas, embora o sistema seja composto por duas resinas diferentes (do towpreg e da impregnação das preformas). Na terceira etapa da tese, preformas circulares foram empregadas para reforçar a região em torno de um furo usinado no cilindro, onde ocorre interrupção da continuidade das fibras nas regiões adjacentes. Os resultados indicaram a redução das concentrações de tensão nas áreas próximas ao furo, prevenindo a ocorrência de falha nesta região, evidenciando que a aplicação de preformas pode contribuir para a redução das concentrações de tensão nas regiões reforçadas, reduzindo o efeito negativo da presença do furo. A carga máxima de compressão nos cilindros com furos reforçados com preformas se aproximou daquela obtida nos cilindros sem furo. Portanto, a combinação dos processos FW e TFP mostrou-se viável, permitindo um aumento significativo na resistência mecânica dos cilindros pela colocação de preformas com fibras em posições e ângulos inviáveis com o processo FW isolado.