Desenvolvimento de painéis estruturais e ecosustentáveis do tipo sanduíche em materiais compósitos

Abstract

Entende-se por painéis sanduiche como um material compósito complexo constituído por duas faces (skins) de elevada rigidez e um núcleo de baixa densidade. A premissa deste tipo de construção é a obtenção uma estrutura de elevada razão entre resistência e peso. Uma vez que, na visão daqueles com senso de responsabilidade ambiental, tais materiais merecem um futuro melhor do que um aterro. O problema atualmente enfrentado por este tipo de estruturas está enraizado no tipo de materiais utilizados na sua composição. É bastante comum encontrar painéis do tipo sanduíche cuja constituição envolve faces constituídas por matrizes termoendurecíveis com fibras sintéticas e/ou com núcleos de espumas sintéticas. Embora estes materiais confiram a um painel sanduiche tudo aquilo que necessita, desde propriedades mecânicas a baixa densidade, estes não são recicláveis ou emitem substâncias poluentes. Devido à situação ambiental atual e ao aumento da poluição causada pelo excesso de resíduos não recicláveis, a procura de novas soluções que permitam melhorar a circularidade é um tema ativo de grande importância. Como resposta, neste trabalho estudou-se acerca de estruturas sanduíche em compósito, materiais mais utilizados e ramos de aplicações dos mesmos. Assim foram reunidas informações suficientes para a construção de um número de painéis sanduíche do tipo “favo de mel” ou honeycomb, com matriz termoplástica e fibras naturais como fase de reforço, tendo como aspeto inovador o desenvolvimento do núcleo. Para conceber estes produtos, são utilizados métodos de processamento convencionais, que além do foco na reciclabilidade também apresentam interesse em torno do desempenho mecânico. De tal forma foram levados a cabo ensaios físico-mecânicos para determinar a resistência à compressão, flexão e o comportamento face ao impacto de baixa velocidade. Deste modo é possível comparar as soluções existentes com a resultante deste trabalho. Assim é construído um painel sanduiche com um núcleo em formato “honeycomb”. A sua constituição envolveu apenas, a resina termoplástica (Elium ®) de polimetilmetacrilato (PMMA), como matriz e fibras naturais de linho, como reforço. A estrutura desenvolvida apresentou uma massa volúmica de 234 kg/m3 , uma resistência ao corte no nucleo de 0,43 MPa, durante a flexão e uma compressão máxima de 2,49 MPa, verificados no núcleo. Para além da capacidade de absorver uma energia de cerca de 13 J face ao impacto. Por último é comprovada a possibilidade de reprocessamento do material a partir de processos de reciclagem mecânica e moldação por compressão a quente.

Sandwich panels are a complex composite material made up of two highly rigid faces (skins) and a low-density core. The premise of this type of construction is to acquire a structure with a high strength-to-weight ratio. The problem currently faced by this type of structure is rooted in the type of materials used in its composition. It is quite common to find sandwich panels whose constitution involves faces made up of thermosetting matrices with synthetic fiber and/or foam cores. Although these materials give a sandwich panel, everything they need, from mechanical properties to low density, they’re not recyclable or release toxic substances. Due to the current environmental situation and the pollution increased by excessive non-recyclable waste, humans have been looking for new solutions to improve circularity in the field of composite materials. Since, in the view of those with a strong sense of environmental responsibility, such materials deserve a better future than a landfill. As a result, a study has been carried out on the processing of sandwich structures, the most used materials and their application areas. Sufficient information was gathered to build several honeycomb sandwich panels with a thermoplastic matrix and natural fibers. Conventional processing methods are used to design these products. In addition to focusing on recyclability, there is also a concern and interest in verifying the mechanical properties resulting from this study. Physical and mechanical tests are therefore carried out to determine the density and resistance to compression, bending and impact. In this way it is possible to compare existing solutions with the one resulting from this work. A sandwich panel with a honeycomb core was built. Its constitution involves only polymethylmethacrylate (PMMA) thermoplastic resin (Elium ®) as a matrix and natural flax fibers as reinforcement. It has a density of 234 kg/m3 and a shear strength of 0,43 MPa and a maximum compression of 2,49 MPa, verified in the core. It also has the capacity to absorb an impact energy of around 13 J. Finally, the possibility of reprocessing the material is proven, which indicates the possibility of mechanical recycling at the end of the product's life. This culminates in the conclusion of this study and the presentation of future work.