Painéis Sanduíche

Muito boa noite pessoal, hoje falaremos um pouco sobre painéis sanduíche, que são materiais que surgiram com a necessidade de elementos estruturais leves, com elevada rigidez e resistência nas mais diversas aplicações.

Um painel sanduíche é um tipo de material compósito constituído por uma estrutura de três camadas: duas 

lâminas finas, rígidas e resistentes de material denso, separadas por uma camada de um material de baixa 

densidade e que pode ser muito menos rígido e resistente do que as lâminas - Figura 1. Os diferentes tipos e formas estruturais dos painéis sanduíche podem ser obtidas através da combinação das diferentes formas do material do núcleo. Apesar da grande diversidade de materiais e configurações já existentes para os painéis sanduíche, estão constantemente a ser propostos e utilizados novos materiais e novas combinações de materiais existentes.

Figura 1. Esquemático de um painel sanduíche.

Lâminas

Os painéis sanduíche mais comuns apresentam lâminas planas. No entanto, podem também apresentar uma 

superfície não plana, com uma secção transversal recortada. Isto deve-se ao fato de, durante muito tempo, se considerar, para efeitos de dimensionamento, que as cargas eram apenas suportadas pela lâmina recortada. Apenas recentemente se passou a considerar que as cargas se transmitem entre as lâminas e o material de núcleo, contribuindo assim o painel, no seu todo, para a resistência às suas solicitações.

Figura 2. Textura das Lâminas

Núcleo


Existem, basicamente, dois tipos de núcleos: Homogêneos e não homogêneos. Suas estruturas podem ser verificadas na Figura 3.

Figura 3. Tipos de Núcleo de painéis sanduíche.

Adesivos

Os materiais adesivos têm uma importância crucial no comportamento do painel sanduíche. A ligação entre o núcleo e as lâminas não deve ser o elemento mais fraco do painel, pois os materiais adesivos devem ter propriedades mecânicas tão boas ou melhores que o material do núcleo. Existem diversos materiais que podem ser aplicados e que cumprem as exigências de temperatura em serviço e de resistência ao fogo. No entanto, alguns materiais adesivos libertam gases ou vapores solventes durante o processo de cura, o que pode interagir com os sistemas de resina de alguns núcleos não metálicos. A ligação deve, assim, ser verificada para assegurar que não ocorre redução das propriedades mecânicas devido aos materiais utilizados

Fabricação


Fabricação das Lâminas


As lâminas podem ser de diversos materiais diferentes, os mais utilizados são: metal, madeira e plástico.
As lâminas metálicas são produzidas por meio de laminação a frio, que é um processo de conformação mecânica onde as chapas metálicas têm uma redução que chega a 90% de sua espessura inicial. As lâminas de madeira são produzidas a partir da madeira, portanto têm uma limitação de comprimento. Nós descreveremos a seguir um processo de fabricação de lâminas plásticas reforçadas com fibras muito interessante.


- Processo de Pultrusão

No processo de pultrusão as fibras de vidro são impregnadas por uma matriz que se encontra no estado líquido, geralmente num sistema de banho aberto, antes de chegarem ao molde, sendo o excesso de resina escorrido aquando da passagem pela pré-forma. Também aqui, por meio de um sistema de guias, são introduzidas as mantas com fibras dispostas nas várias direcções bem como os véus de superfície. Estes véus são mantas de reforço constituídas por fibras geralmente dispostas de forma aleatória e que contêm um teor em resina superior às outras mantas de modo a proteger as fibras dos agentes atmosféricos de degradação. O material é curado no interior do molde que está a uma temperatura elevada, saindo dele com a forma e a espessura pretendidas. À saída do molde, o material passa ainda por um sistema de tracção e, por fim, é cortado com o comprimento desejado através de uma serra móvel. A Figura 4 apresenta um esquema do processo de pultrusão.

Figura 4. Esquemático de um processo de pultrusão.

Fabricação do Núcleo

Entre os vários tipos de núcleos espumados, o material mais comum é a espuma de poliuretano. Este tipo de espuma é obtido através da mistura de dois componentes líquidos com determinados ativadores e um agente difusor que controlam a reação. Durante a mistura, dá-se uma reação química que transforma o líquido em espuma, que começa rapidamente a expandir e, por fim, começa a endurecer.

Numa linha de produção de espuma contínua, a espuma expande especialmente na direção vertical. Num processo de fabricação num molde, a espuma flui de um bordo ao outro ao mesmo tempo que vai subindo verticalmente. O tempo que decorre entre a mistura dos componentes até a espuma ficar rígida varia entre 3 e 6 minutos, dependendo da espessura do núcleo.

Depois de formada a espuma, a sua estrutura fica constituída majoritariamente por células fechadas, separadas por finas paredes celulares. Estas células são preenchidas com um agente expansivo e, geralmente, também com algum CO2 que escapa rapidamente por entre as paredes de células. Como resultado, têm-se células fechadas que contêm principalmente o agente expansivo, apresentando, por isso, excelentes propriedades isolantes. Com o passar do tempo, algum do ar pode-se difundir por entre a espuma, não tendo, no entanto, grandes consequências ao nível das propriedades isolantes.

A proporção dos vários componentes e aditivos permite determinar a densidade da espuma, a sua rigidez e outras propriedades mecânicas, bem como o tempo necessário às várias fases da reacção. Existem diversas fórmulas ou receitas, sendo algumas do conhecimento apenas dos seus fabricantes e desenvolvidas experimentalmente. Diversas são também as técnicas utilizadas neste processo, as quais estão geralmente relacionadas com o equipamento utilizado pelo fabricante. A título de exemplo, refere-se a formação de espuma através de um processo de alta pressão, bastante utilizada na produção industrial de larga escala.

De referir ainda que, uma vez que a reacção química é exotérmica, os materiais de núcleo com uma espessura superior a 100 mm podem atingir temperaturas de 150⁰C. É, portanto, necessário armazenar os elementos de maior espessura até pelo menos 24 horas de forma a completar o processo de endurecimento e arrefecimento antes de serem enviados para o local onde serão aplicados.

União das Partes

O material adesivo é escolhido de acordo com o tipo de materiais a ligar e com o processo de fabricação, podendo ser utilizados dois tipos de material para o efeito: Adesivos de base solvente e Adesivos de dois componentes.

O primeiro tipo de adesivos é constituído por uma base solvente que é aplicada a ambas as superfícies a unir. Após um curto período de secagem, as superfícies são prensadas em conjunto. Os materiais adesivos, se adequados, possuem uma boa capacidade de aderência inicial e o seu tempo de endurecimento pode ser reduzido através da aplicação de ligeira pressão e temperatura. Este tipo de materiais adesivos tem a vantagem de ser facilmente manuseável, tendo como desvantagem o fato de a posição das camadas não poder ser corrigida.

O outro tipo de materiais é constituído por adesivos bi-componentes, baseados em resina epóxida ou poliuretano, sendo misturados no local da aplicação. Após um determinado período de tempo, os componentes reagem repentinamente e rapidamente endurecem. A sua vantagem reside na possibilidade de corrigir a posição de cada uma das camadas do painel e, como desvantagem, refere-se o facto de estas terem de ser mantidas sob pressão na sua posição durante um certo período de tempo.

Aplicações

Os painéis sanduíche têm vindo a ser utilizados nas mais diversas aplicações onde as relações rigidez/peso próprio e resistência/peso próprio são da maior importância. As primeiras aplicações dos painéis sanduíche estiveram ligadas sobretudo à indústria aeroespacial, tendo-se, posteriormente, estendido às indústrias automóvel e naval. Mais recentemente, o campo de aplicação dos painéis tem vindo a ser alargado, estando a sua ênfase na construção em constante crescimento.

Figura 5. Embarcação com sanduíche de material compósito.

Figura 6. Painéis aplicados na dianteira de um trem elétrico.

Figura 7. Painéis de fachada (Sainsbury Arts Center)

Figura 8. Paredes de compartimentação com isolamento electromagnético

Bom pessoal, esse foi o compósito apresentado hoje. Se houver alguma dúvida, por favor deixe um comentário que nós tentaremos sana-la assim que possível.

Um abraço a todos!

Fonte: Maria Inês Avó de Almeida, "Comportamento estrutural de painéis sanduíche compósitos 

para aplicações na indústria da construção." Outubro de 2009.