Estudo de cilindros produzidos por filament winding para aplicações ciclísticas

Abstract

O processo de moldagem de compósitos por dry-filament winding consiste em uma técnica limpa de produção de tubos, pois utiliza towpreg carbono/epóxi. No ramo ciclístico, principalmente na modalidade Mountain Biking, a busca por quadros mais leves e resistentes é de suma importância. Pelo estudo de tubos laminados angulares a ±60° é possível verificar a validade da relação entre a diminuição da espessura e a variação das propriedades físicas e mecânicas resultantes. Nesta pesquisa foram comparados os resultados de densidade, fração volumétrica de fibras/vazios, compressão diametral, flexão 3-pontos e tração aparente com split disk para tubos com 3, 4 e 5 camadas. Supondo a força peso de uma pessoa com 120kg no tubo do selim, os resultados dos ensaios mostraram coerência entre si. Em relação a densidade e a fração volumétrica de vazios, as amostras com 5 camadas apresentaram os melhores resultados e as amostras com 3 camadas obtiveram resultados intermediários. As amostras com 4 camadas tiveram elevada fração volumétrica de vazios. O ensaio de compressão diametral apresentou resultados crescentes com o número de camadas, sendo os CPs de 5 camadas com os melhores resultados. Os resultados do ensaio de flexão 3-pontos indicaram melhores resultados com 5 camadas. Pelo ensaio de split disk, novamente amostras com 5 camadas tiveram melhores resultados, as amostras com 3 camadas tiveram comportamento intermediário e as amostras com 4 camadas tiveram o menor resultado. Diante da aplicação em tubos de selim para uma pessoa de 120 kg, os tubos de 3 camadas e 5 camadas são adequados para a aplicação, sendo que o tubo de 3 camadas proporciona menor custo de produção. Porém, através do elevado teor de vazios (>1%) e falta de aderência entre as camadas, notada pelas microscopias ópticas, torna-se necessário repetir os ensaios com outras amostras alterando o padrão de enrolamento e o material do mandril.

The composite molding process dry-filament winding technique consists of a pipe production, because it uses towpreg carbon/epoxy. In the cycling industry, mainly in the form Mountain Biking, the search for lighter and stronger frames is of paramount importance. By studying angle ±60° rolled tubes is possible to verify the validity of the relationship between the thinning and variation of physical and mechanical properties resulting therefrom. In this study, we compared the results of density, volume fraction of fibers/voids, diametrical compression, bending 3-points and apparent traction with split disk for tubes with 3, 4 and 5 layers. Assuming the weight of a person under 120kg to the seat tube, the test results showed consistent. Regarding the density and volume fraction of voids, samples with 5 layers showed the best results and the samples obtained 3-layer intermediate results. Samples with 4 layers have high volume fraction of voids. The diametral compression test results showed increasing the number of layers, 5 layers of CPs with the best results. The results of the 3-point bending test showed the best results with 5 layers. The test splitdisk again samples with 5 layers had better results, samples with 3 layers had intermediate behavior and samples with 4 layers had the lowest result. Considering the application for a seat tube of 120 kg person, the layers of pipes 3 and 5 layers are suitable for the application, with the 3- layer tube gives lower production cost. However, through the high void content (> 1%) and poor adhesion between the layers, denoted by light microscopy, it becomes necessary to repeat the tests with samples changing the pattern winding and the material of the mandrel.