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

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

Em alguns aspectos, pode mesmo 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. Quando se considera a resistência relativa, a fibra de vidro não só supera significativamente o aço-carbono comum, como também pode igualar e até ultrapassar o nível de alguns materiais especiais aços de liga.

A Tabela 1 apresenta uma comparação da densidade, da resistência à tração e da resistência relativa da fibra de vidro e de vários metais.

Quadro 1

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

II. Propriedades eléctricas

A fibra de vidro tem excelentes propriedades de isolamento elétrico, o que a torna adequada como componente de isolamento em instrumentos, motores e aparelhos eléctricos. Mantém boas propriedades dieléctricas mesmo em condições de alta frequência. A substituição de papel e tecido de algodão por tecido de fibra de vidro em materiais de isolamento pode melhorar o grau de isolamento destes materiais.

Utilizando a mesma resina, pode melhorar pelo menos um grau. A fibra de vidro constitui um terço a metade da quantidade total de materiais de isolamento. Nalguns motores de grandes dimensões, como os motores de 125 000 KW, são utilizadas centenas de quilogramas de fibra de vidro como material de isolamento.

Além disso, a fibra de vidro não é afetada pelo eletromagnetismo e tem uma boa transparência para as micro-ondas. A Tabela 2 apresenta as propriedades dieléctricas de alguns tipos de fibra de vidro.

Quadro 2

III. Propriedades térmicas

A fibra de vidro apresenta excelentes características térmicas, com uma capacidade térmica específica 2 a 3 vezes superior à dos metais e uma condutividade térmica inferior, que é apenas 1/100 a 1/1000 da dos metais. materiais metálicos.

Para além disso, certas variedades de fibra de vidro possuem uma resistência notável a altas temperaturas instantâneas. Por exemplo, a fibra de vidro com alto teor de sílica à base de fenólicos forma uma camada carbonizada sob temperaturas extremamente elevadas, protegendo eficazmente foguetões, mísseis e naves espaciais das altas temperaturas de 5000 a 10000 K e dos fluxos de ar de alta velocidade que têm de suportar ao atravessar a atmosfera. A Tabela 3 apresenta as propriedades térmicas de alguns materiais.

Quadro 3

Como 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.

IV. Resistência ao envelhecimento

Todos os materiais enfrentam o problema do envelhecimento e a fibra de vidro não é exceção; apenas varia em termos de ritmo e gravidade. Sob exposição a condições atmosféricas, calor húmido, imersão em água e meios corrosivos, o desempenho da fibra de vidro diminui. A utilização a longo prazo pode resultar na diminuição do brilho, em alterações de cor, na perda de resina, na exposição das fibras e na delaminação, entre outros fenómenos.

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

Por exemplo, quando a fibra de vidro foi sujeita a ensaios de envelhecimento natural em Harbin, o menor declínio foi observado na resistência à tração do painel, inferior a 20%; seguido da resistência à flexão, geralmente não superior a 30%; o maior declínio foi observado na resistência à compressão, que também apresentou a maior flutuação, geralmente entre 25% e 30%. Ver Tabela 4 abaixo.

Quadro 4

Além disso, a exposição a elementos exteriores, como o vento, a chuva e a luz solar, pode provocar a queda da camada de resina nas superfícies de fibra de vidro. Para o evitar, é necessária uma manutenção regular.

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

A resistência ao calor e à chama da fibra de vidro depende do tipo de resina utilizada. A temperatura de funcionamento contínuo não pode exceder a temperatura de distorção térmica da resina. As fibras de vidro epóxi e poliéster comummente utilizadas são inflamáveis. Para estruturas que exigem resistência ao fogo, devem ser utilizadas resinas retardadoras de chama ou retardadores. Por conseguinte, é necessário ter cuidado ao utilizar fibra de vidro.

Normalmente, a fibra de vidro não pode ser utilizada durante períodos prolongados a temperaturas elevadas. Por exemplo, a resistência da fibra de vidro de poliéster começa a diminuir a temperaturas superiores a 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 a fibra de vidro epóxi cicloalifática e a fibra de vidro de poliimida. No entanto, a sua temperatura de funcionamento a longo prazo é apenas de 200-300°C, o que é significativamente inferior à temperatura de funcionamento a longo prazo dos metais.

Tendo em conta estes cinco aspectos das propriedades físicas, é evidente que a fibra de vidro difere de materiais como os metais e a cerâmica. Por conseguinte, para maximizar as suas vantagens, tem de ser utilizada corretamente. Por exemplo, a fibra de vidro tem um excelente desempenho a baixas temperaturas, uma vez que a sua resistência não diminui.

Assim, mesmo quando as temperaturas exteriores descem para -45°C a -50°C nos Invernos do Norte, a fibra de vidro não se torna quebradiça. As estruturas exteriores, como torres de arrefecimento e abrigos contra a chuva, permanecem seguras para utilização nos Invernos do Norte.

Pelo contrário, em ambientes de alta temperatura, são necessárias resinas e fórmulas específicas para a fibra de vidro. Para uma utilização contínua a 100°C, é necessária uma fórmula resistente a altas temperaturas e condições de processo específicas para a moldagem. Caso contrário, a fibra de vidro pode ser danificada durante o funcionamento contínuo a temperaturas superiores a 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 ou corrói como os materiais metálicos nem apodrece como a madeira. É quase imune à erosão por meios como a água e o óleo. Pode substituir o aço inoxidável nas fábricas de produtos químicos para o fabrico de tanques, tubos, bombas, válvulas, etc.

Não só tem uma longa vida útil, como também não requer medidas de proteção contra a corrosão, a ferrugem ou os insectos, reduzindo os custos de manutenção. A fibra de vidro é amplamente utilizada pela sua resistência à corrosão. Em alguns dos principais países industriais, mais de 13% de produtos resistentes à corrosão são fabricados em fibra de vidro, com uma utilização que aumenta anualmente. É também muito utilizada no nosso país, sobretudo para revestir equipamento metálico para proteger o metal.

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

A adição de uma certa quantidade de fibra de vidro à resina pode transformar potenciais fissuras graves em numerosas fissuras menores. A probabilidade de estas pequenas fissuras formarem uma fissura contínua é mínima, e podem também servir para travar outras fissuras. Isto ajuda a evitar a penetração e a corrosão por soluções químicas.

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

No entanto, para diferentes meios corrosivos, deve ser selecionada a resina e a fibra de vidro adequadas e os respectivos produtos. A utilização de fibra de vidro para anti-corrosão tornou-se cada vez mais popular nos últimos anos, demonstrando as vantagens de um baixo investimento em anti-corrosão, longa vida útil e poupanças substanciais em materiais em aço inoxidável, o que resulta em benefícios económicos significativos.

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

A Tabela 5 apresenta os rácios 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 ácido, alcalino e outros meios.

Quadro 5

Quadro 6

* O tempo de demolha é de um ano.