Trabalho para a disciplina Materiais de Construção Mecânica II do IMT do ano de 2011 baseado no artigo "Fire Safety of composites in the US Navy" dos autores Usman Sorathia, John Ness e Michael Blum

1. Compósitos em Embarcações Emprego em navios da marinha americana Gustavo Torres Pessoa... Gabriel Matos da Silva..... Rafael Alves de Oliveira... .....RA: 08.01835-9 .....RA: 08.03306-4 .....RA: 09.00301-0

2. O que são compósitos? Materiais compósitos são aqueles que possuem pelo menos dois componentes ou duas fases, com propriedades físicas e químicas nitidamente distintas, em sua composição. Os materiais que podem compor um material compósito podem ser classificados em dois tipos: matriz e reforço.

3. Matriz O material matriz é o que confere estrutura ao material compósito, preenchendo os espaços vazios que ficam entre os materiais reforços e mantendo-os em suas posições relativas e transmitindo tensão. Exemplos: Epóxi, polietileno, polipropileno, parafina, nylon. Basicamente qualquer resina que faça união de dois materiais. Composição química da resina Epóxi.

4. Reforço ou Aditivo Os materiais reforços são os que realçam propriedades mecânicas, eletromagnéticas ou químicas do material compósito como um todo. Normalmente aparecem na forma de fibras. Exemplos: Fibras de vidro, carbono, aramida, alumina, boro e outros. Fibra de carbono.Alumina,

5. Por que usar compósitos? Durante os últimos dez anos, tem crescido o interesse em desenvolvimento de compósitos para a fabricação de estruturas, primárias e secundárias. Esse crescente interesse em material compósito é guiado pela necessidade de redução de peso, facilitar manutenção, aumento de blindagem e principalmente criar uma alternativa ao uso de metais em componentes de todas as finalidades com menor custo por ciclo de vida, vida útil maior.

6. Compósitos na Marinha Americana A marinha americana atualmente usa como matriz de seus compósitos bromato de vinil - ester com fibra de vidro, como cobertura de seus navios de superfície. Essa resina foi selecionada devida a sua alta resistência a corrosão. Bromo e sua resina é um eficaz retardante de incêndios especialmente quando combinado com oxigênio, alem de evitar a dissipação do fogo e do calor. Contudo esse retardante funciona primariamente na sua fase de gás causando combustão incompleta.

7. USS Radford O encouraçado de guerra norte americano USS Radford é um exemplo de um navio de superfície que teve materiais compósitos em sua estrutura.

8. Problema dos compósitos navais americanos A marinha americana atualmente usa como matriz de seus compósitos o bromato de vinil – éster e fibra de vidro, como cobertura de seus navios. Essa resina foi selecionada devido a sua alta resistência a corrosão. Bromo e sua resina é um eficaz retardante de incêndios especialmente quando combinado com oxigênio, alem de evitar a dissipação do fogo e do calor. Contudo esse retardante funciona primariamente na sua fase de gás causando combustão incompleta.

9. Solução encontrada O Centro de Pesquisa Bélica Naval (NSWCCD) americana tem estudado e desenvolvido pesquisas que levaram à identificação, otimização e organização de matrizes não halogenadas orgânicas com baixo índice de poluente e resistente a combustão alem de ser uma opção ambientalmente mais inteligente e com propriedades comparáveis às resinas a base de bromo.

10. Manufatura Nos primeiros estágios vários compósitos a base de resinas de Vinil – Ester, epóxi, bromato de bisfenol A e outros eram fabricados usando molde e infusão. A resina era curada a temperatura ambiente com presença de catalisadores. Posteriormente eram curados a 70 graus Celsius por um período de seis horas. Molde de injeção a vácuo.

11. O Experimento Para selecionar a resina, foram considerados, o tempo até a ignição, quantidade de fumaça gerada, quantidade de CO e compostos halogenados liberados e perda de massa para os fluxos de 25, 50 e 75 kW/m²,. Os resultados mais favoráveis foram os da amostra #1167 – resina epóxi de vinil-éster não bromada

12. Amostras Aditivadas Selecionada a resina, os novos testes seriam conduzidos aditivando a amostra. O processo de moldagem teve de ser alterado por causa de propriedades dos aditivos. Foi feita a laminação manual seguida de um processo a vácuo (vacuum-bag). Foram feitas peças com os seguintes aditivos: Aditivo para o aumento de Carbono Condensado na Queima; Polímero com Camadas de Nano Compósitos de Silicato; Alumínio Tri-Hidratado (ATH); Aditivo de Siloxano em pó.

13. A Laminação Manual e Bolsa de Vácuo

14. O Processo VARTM Vacuum-assistedResinTransferMolding – Modelagem por Transferência Vacuo-assistida de Resina, também chamada de Infusão a Vácuo

15. Discussão e Resultados Os testes dos retardantes de fogo no calorímetro cônico forneceram dados sobre picos e médias das taxas de liberação de calor, produção de fumaça e percentagem de CO para as resinas de éster-vinil com e sem aditivos. O teste foi conduzido em três diferentes fluxos para simular grandes e pequenos incêndios. Em um primeiro momento estudamos resinas epóxi bromadas e não bromadas de vinil - ester. E selecionamos o segundo tipo para mais estudos, pois apresentou melhores índices para os critérios acima descritos. Em seguida, refizemos os testes para resinas aditivadas com substâncias retardantes de fogo. Utilizamos quatro diferentes aditivos selecionados com base no potencial de diminuir a liberação de calor de cada um. Todos os aditivos foram eficazes quanto à diminuição da liberação de calor.

16. Gráficos e Tabela Comparativo das taxas de liberação de calor entre as varias resinas testadas

17. Comparativo das taxas de liberação de calor entre as amostras aditivadas

18. Tabela onde observamos os resultados para os testes com as resinas aditivadas. Tempo até a ignição, valor máximo de liberação de calor, quantidade de massa perdida com o aquecimento picos de monóxido de carbono etc

19. Teste de impacto para alguns materiais usados na fabricação de cascos de embarcações