Explorando as propriedades do plástico reforçado com fibra de vidro (FRP)

A fibra de vidro possui baixa densidade, excelentes propriedades de isolamento dielétrico, isolamento térmico superior, bem como características de absorção e expansão térmica.

I. Densidade

A densidade da fibra de vidro varia de 1,5 a 2,0, apenas um quarto a um quinto da do aço carbono comum e cerca de dois terços mais leve que o alumínio leve. Apesar da sua leveza, a sua resistência mecânica é impressionantemente elevada.

Em alguns aspectos, pode até aproximar-se do nível do aço carbono comum. Por exemplo, certos materiais de fibra de vidro epóxi atingem resistências à tração, flexão e compressão superiores a 400MPa. Ao considerar a resistência relativa, a fibra de vidro não apenas supera significativamente o aço carbono comum, mas também pode igualar e até superar o nível de algumas ligas de aço especiais.

Uma comparação da densidade, resistência à tração e resistência relativa da fibra de vidro e de vários metais é apresentada na Tabela 1.

tabela 1

Relação resistência/peso: Refere-se à resistência à tração por unidade de densidade, ou seja, a relação entre a resistência à tração de um material e sua densidade, indicando a extensão de suas propriedades de leveza e alta resistência.

II. Propriedades elétricas

A fibra de vidro possui excelentes propriedades de isolamento elétrico, tornando-a adequada como componente de isolamento em instrumentos, motores e aparelhos elétricos. Mantém boas propriedades dielétricas mesmo sob condições de alta frequência. Substituir papel e tecido de algodão por tecido de fibra de vidro em materiais de isolamento pode melhorar o grau de isolamento desses materiais.

Usando a mesma resina, pode-se melhorar pelo menos um grau. A fibra de vidro constitui um terço a metade da quantidade total de materiais de isolamento. Em alguns motores grandes, como motores de 125.000 KW, centenas de quilogramas de fibra de vidro são usados ​​como material de isolamento.

Além disso, a fibra de vidro não é afetada pelo eletromagnetismo e possui boa transparência em microondas. A Tabela 2 apresenta as propriedades dielétricas de alguns tipos de fibra de vidro.

mesa 2

III. Propriedades térmicas

A fibra de vidro apresenta excelentes características térmicas, com capacidade de calor específico 2 a 3 vezes maior que a dos metais, e menor condutividade térmica, que é de apenas 1/100 a 1/1000 da dos materiais metálicos.

Além disso, certas variedades de fibra de vidro possuem notável resistência a altas temperaturas instantâneas. Por exemplo, a fibra de vidro com alto teor de sílica à base de fenólico forma uma camada carbonizada sob temperaturas extremamente altas, protegendo efetivamente foguetes, mísseis e espaçonaves das altas temperaturas de 5.000 a 10.000 K e dos fluxos de ar de alta velocidade que eles devem suportar ao passar pela atmosfera. A Tabela 3 descreve as propriedades térmicas de alguns materiais.

Tabela 3

Conforme ilustrado na Tabela 3, a fibra de vidro possui propriedades excepcionais de isolamento térmico, uma vantagem com a qual os materiais metálicos simplesmente não podem competir.

4. Resistência ao envelhecimento

Todos os materiais enfrentam o problema do envelhecimento e a fibra de vidro não é exceção; apenas varia em taxa e gravidade. Sob exposição a condições atmosféricas, calor úmido, imersão em água e meios corrosivos, o desempenho da fibra de vidro diminui. O uso prolongado pode resultar em diminuição do brilho, alterações de cor, desprendimento de resina, exposição de fibras e delaminação, entre outros fenômenos.

No entanto, com os avanços da ciência e da tecnologia, podem ser tomadas medidas antienvelhecimento necessárias para melhorar o seu desempenho e prolongar a vida útil do produto.

Por exemplo, quando a fibra de vidro foi submetida a testes de envelhecimento natural em Harbin, foi observado o menor declínio na resistência à tração do painel, inferior a 20%; seguida de resistência à flexão, geralmente não superior a 30%; a maior diminuição foi observada na resistência à compressão, que também apresentou maior oscilação, geralmente entre 25% e 30%. Consulte a Tabela 4 abaixo.

Tabela 4

Além disso, a exposição a elementos externos como vento, chuva e luz solar pode levar ao derramamento da camada de resina nas superfícies de fibra de vidro. A manutenção regular é necessária para evitar isso.

V. Resistência ao calor e resistência à chama a longo prazo

A resistência ao calor e à chama da fibra de vidro depende do tipo de resina utilizada. A temperatura de operação contínua não pode exceder a temperatura de distorção térmica da resina. A fibra de vidro epóxi e poliéster comumente usada é inflamável. Para estruturas que exijam resistência ao fogo, devem ser utilizadas resinas ou retardantes ignífugos. Portanto, é necessário cautela ao utilizar fibra de vidro.

Normalmente, a fibra de vidro não pode ser usada por longos períodos sob altas temperaturas. Por exemplo, a resistência da fibra de vidro de poliéster começa a diminuir em temperaturas acima de 40°C a 45°C, e a da fibra de vidro epóxi começa a diminuir acima de 60°C.

Nos últimos anos, surgiram variedades de fibra de vidro resistentes a altas temperaturas, como fibra de vidro epóxi cicloalifática e fibra de vidro de poliimida. No entanto, a sua temperatura operacional a longo prazo é apenas entre 200-300°C, o que é significativamente inferior à temperatura operacional a longo prazo dos metais.

Dados esses cinco aspectos das propriedades físicas, fica claro que a fibra de vidro difere de materiais como metais e cerâmica. Portanto, para maximizar suas vantagens, ele precisa ser utilizado de maneira adequada. Por exemplo, a fibra de vidro tem excelente desempenho em baixas temperaturas, pois sua resistência não diminui.

Assim, mesmo quando as temperaturas externas caem para -45°C a -50°C nos invernos do norte, a fibra de vidro não se torna quebradiça. Estruturas externas, como torres de resfriamento e abrigos contra chuva, permanecem seguras para uso nos invernos do norte.

Por outro lado, em ambientes de alta temperatura, são necessárias resinas e fórmulas específicas para fibra de vidro. Para uso contínuo a 100°C, são necessárias uma fórmula resistente a altas temperaturas e condições de processo específicas para moldagem. Caso contrário, a fibra de vidro pode ser danificada sob operação contínua em temperaturas acima de 100°C.

VI. Propriedades Químicas da Fibra de Vidro

A principal propriedade química da fibra de vidro é a sua excelente resistência à corrosão. Não enferruja nem corrói como os materiais metálicos nem apodrece como a madeira. É quase imune à erosão por meios como água e óleo. Pode substituir o aço inoxidável em fábricas de produtos químicos para a fabricação de tanques, tubulações, bombas, válvulas, etc.

Além de ter longa vida útil, também não requer medidas de proteção contra corrosão, ferrugem ou insetos, reduzindo os custos de manutenção. A fibra de vidro é amplamente utilizada por sua resistência à corrosão. Em alguns dos principais países industrializados, mais de 13% dos produtos resistentes à corrosão são feitos de fibra de vidro, com a utilização aumentando anualmente. Também é comumente usado em nosso país, principalmente para revestir equipamentos metálicos para proteger o metal.

A resistência à corrosão da fibra de vidro depende principalmente da resina utilizada. Embora a resina usada para fibra de vidro seja resistente à corrosão, se aplicada diretamente em superfícies metálicas, pode causar rachaduras graves e não evitará vazamentos nem protegerá o metal.

Adicionar uma certa quantidade de fibra de vidro à resina pode transformar potenciais fissuras graves em numerosas fissuras menores. A chance dessas pequenas fissuras formarem uma fissura contínua é mínima e também podem servir para impedir novas fissuras. Isto ajuda a prevenir a penetração e corrosão por soluções químicas.

A fibra de vidro não é apenas estável contra uma variedade de ácidos, álcalis, sais e solventes de baixa concentração, mas também resistente aos efeitos atmosféricos, da água do mar e microbianos.

No entanto, para diferentes meios corrosivos, a resina e a fibra de vidro apropriadas e seus produtos devem ser selecionados. O uso de fibra de vidro para anticorrosão tornou-se cada vez mais popular nos últimos anos, demonstrando as vantagens de baixo investimento anticorrosivo, longa vida útil e economia substancial em materiais de aço inoxidável, levando a benefícios econômicos significativos.

Normalmente, a resistência à corrosão da fibra de vidro é avaliada medindo a sua mudança de massa quando colocada em diferentes meios corrosivos. Uma alteração de massa menor indica melhor resistência à corrosão, e uma alteração de massa maior indica menor resistência à corrosão.

A Tabela 5 lista as proporções de massa de vários tipos de fibra de vidro em diferentes concentrações de soluções ácidas e alcalinas, enquanto a Tabela 6 mostra a taxa de retenção da resistência à flexão da fibra de vidro de poliéster em ácidos, álcalis e outros meios.

Tabela 5

Tabela 6

* O tempo de imersão é de um ano.