UNIVERSIDADE DO VALE DO PARAÍBA
FEAU: FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA E URBANISMO
CURSO: ENGENHARIA DOS MATERIAIS
COMPOSTO BLINDADO
FABRICAÇÃO A PARTIR DA COLAGEM DE PASTILHAS DE AÇO SINTERIZADO
COM TECIDO DE ARAMIDA
Autores:
João Antônio Pontes Martins
Marco Antônio de Elias
____________________________________________
Orientadora: Profª MSc. Erika Peterson Gonçalves
____________________________________________
Co - Orientador: Engª MSc. Juliana Machado da Mota
São José dos Campos – SP
Dezembro, 2012
1
JOÃO ANTONIO PONTES MARTINS
MARCO ANTONIO DE ELIAS
COMPOSTO BLINDADO
FABRICAÇÃO A PARTIR DA COLAGEM DE PASTILHAS DE AÇO SINTERIZADO
COM TECIDO DE ARAMIDA
Relatório final apresentado como parte das
exigências da disciplina Trabalho de
Conclusão de Curso à banca avaliadora do
curso de Engenharia dos Materiais da
Faculdade de Engenharia, Arquitetura e
Urbanismo da Universidade do Vale do
Paraíba.
Orientadora:
Gonçalves.
Profª
MSc.
Erika
Peterson
Co - Orientador: Engª MSc. Juliana Machado
da Mota.
São José dos Campos, SP - 2012
FOLHA DE APROVAÇÃO
JOÃO ANTONIO PONTES MARTINS
MARCO ANTONIO DE ELIAS
COMPOSTO BLINDADO
FABRICAÇÃO A PARTIR DA COLAGEM DE PASTILHAS DE AÇO SINTERIZADO
COM TECIDO DE ARAMIDA
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado
como requisito parcial a obtenção da
Graduação de Engenheiro de Materiais do
Curso de Engenharia dos Materiais da
Faculdade de Engenharia, Arquitetura e
Urbanismo da Universidade do Vale do
Paraíba – São José dos Campos, SP, pela
seguinte banca examinadora:
Presidente da Banca:
_________________
Orientadora (UniVap): Profª MSc. Erika P. Gonçalves _________________
Co – Orientador (externa): Engª MSc. Juliana M. da Mota _____________
Profº Doutor Diretor da FEAU – Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo - UNIVAP
São José dos Campos, Dezembro, 2012.
DEDICATÓRIA
A nossa família, esposa e filhos pela
compreensão e apoio durante todos os
anos de duração do curso.
AGRADECIMENTOS
À ALLTEC Indústria de Componentes em Materiais Compostos LTDA, por ter
proporcionado a oportunidade e condições da realização da fabricação do composto blindado.
À BCA Têxtil LTDA, por ter proporcionado a realização de ensaio balístico.
A UNIVAP – Universidade do Vale do Paraíba, pela realização do curso de Graduação em
Engenharia de Materiais.
À Profª. MSC Erika Peterson Gonçalves pela orientação técnica ao longo do trabalho.
À Engª MSC Juliana Machado da Mota nossos sinceros agradecimentos pelo apoio,
orientação e entusiasmo demonstrado ao longo do trabalho.
ALLTEC, A Engª Juliana Mota, pelo apoio na execução da laminação manual do composto
blindado, a Engº Liliana Nohara, pelas pesquisas bibliográficas e demais funcionários que
colaboraram de alguma forma neste trabalho.
BCA Têxtil, a Engª Joseana Betisa Vernini pelo apoio de viabilizar o ensaio balístico, ao
Gerente de Qualidade Fábio Zangari pelo apoio e análise do ensaio balístico e ao Diretor
André Nestor Bertin, pela autorização e confiança da realização do ensaio.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Principais formas geométricas dos pós ...................................................................... 6
Figura 2 – Principais formas de caracterizar o tamanho das partículas...................................... 6
Figura 3 - Esferas utilizadas para o processo de “Shot Peening”. ............................................. 7
Figura 4 - Detalhe da esfera utilizada no processo de “Shot Peening”. ..................................... 7
Figura 5 - Matriz utilizada para gerar as pastilhas pelo processo da metalurgia do pó. ............. 8
Figura 6 - Prensa hidráulica manual utilizada na fase de compactação a frio. ........................... 9
Figura 7 - Representação esquemática da influência da pressão X densidade a verde. ........... 10
Figura 8 - Representação esquemática de três esferas de sinterização ..................................... 12
Figura 9 - Figura mostrando a relação entre propriedade versus temperatura de sinterização 12
Figura 10 - Curva de sinterização utilizada para a pastilha metálica ....................................... 13
Figura 11 - Forno utilizado na sinterização das pastilhas......................................................... 14
Figura 12 - Pastilhas após a sinterização .................................................................................. 14
Figura 13 - Forno utilizado para o processo de tratamento térmico das pastilhas.................... 15
Figura 14 - Estufa utilizado na secagem das pastilhas ............................................................. 15
Figura 15 - Ilustração da estrutura da aramida ......................................................................... 16
Figura 16 - Esquema de montagem das camadas de aramida .................................................. 17
Figura 17 - Detalhe da aplicação do adesivo na manta de aramida .......................................... 18
Figura 18 - Adesivo a base de Poliuretano aplicado na manta de aramida .............................. 18
Figura 19 - Configuração do painel de composto blindado para ensaio balístico .................... 19
Figura 20 - Colagem das pastilhas de aço na placa de aramida ............................................... 19
Figura 21 - Placa balística após o envelopamento.................................................................... 20
Figura 22 - Estativa utilizada no ensaio.................................................................................... 21
Figura 23 - Cronografo Oehler utilizado para mensurar as velocidades de disparo................ 21
Figura 24 - Munição utilizada no ensaio – 9 mm FMJ............................................................. 22
Figura 25 - Detalhes da região da superfície da pastilha .......................................................... 24
Figura 26 - Disposição das pastilhas de aço na manta de aramida ........................................... 25
Figura 27 - Detalhe da placa e da face antes do impacto do projétil ........................................ 26
Figura 28 - Detalhe da placa e da face após o impacto do projétil. .......................................... 27
Figura 29 - Detalhe da placa e da face posterior após o impacto do projétil............................ 27
Figura 30 - Detalhe da localização dos impactos dos projéteis. ............................................... 28
Figura 31 - Detalhe do projétil alojado na placa blindada........................................................ 29
Figura 32 - massa residual do projétil calibre 9 mm FMJ ........................................................ 29
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Percentual de carbono nas esferas utilizadas para a compactação a frio................... 7
Tabela 2 - Temperatura e tempos de sinterização de diversos materiais.................................. 11
Tabela 3 - Dimensões das pastilhas após as fases de fabricação .............................................. 23
Tabela 4 - Dimensões do composto blindado........................................................................... 25
Tabela 5 - Massas específicas de diversos materiais ................................................................ 25
Tabela 6 - Referência do método utilizado no ensaio balístico ................................................ 26
Tabela 7 - Distância entre os impactos dos projéteis ............................................................... 27
Tabela 8 - Identificação do projétil x velocidades dos impactos .............................................. 28
SIMBOLOGIA E ABREVIATURAS
HRC
Dureza Rockweell
(kgf/mm²)
HB
Dureza Brinell
(kgf/mm²)
NIJ
National Institute of Justice
FMJ
Full Metal Jacket
NEB
Norma do Exército Brasileiro
M/P
Metalurgia do Pó
Q/T
Qualquer Terreno
RESUMO
O desenvolvimento que se tem verificado nas últimas décadas, em decorrência da aplicação
de novos materiais, vem impulsionando as empresas de projeto e aplicação de compostos
blindados a diversificar cada vez mais sua utilização em todos os seguimentos da sociedade.
A avaliação do desempenho de uma blindagem composta depende da interação do projetil
(munição) com o alvo e consiste, basicamente, na verificação qualitativa dos níveis de
penetração e do dano causados pelo impacto. A combinação dos materiais e espessura
envolvidos no composto é um fator fundamental para o bom desempenho da placa, bem como
a busca por compostos cada vez mais leves e mais resistentes. Este trabalho teve como
principal objetivo contribuir para o desenvolvimento de um composto blindado a partir do
reaproveitamento de esferas de aço provenientes do tratamento mecânico chamado “shot
peening”, onde foi transformada em pastilhas de aço, mediante a utilização do processo de
“Metalurgia do Pó”. A fabricação do composto foi conseguida através da laminação manual
de mantas de aramida, utilizando o adesivo “Sikaflex 252” para a união das mantas e das
pastilhas de aço. O trabalho foi baseado em pesquisas bibliográficas e de resultados práticos
conseguidos em ensaios de laboratórios. O nível de proteção balística requerida foi baseado
na norma NBR ABNT 15000:2005 equivalente à norma NIJ (National Institute of Justice)
Nível II – munição tipo 9 mm FMJ.
Palavras-Chave: Composto Blindado; Metalurgia do Pó; Esferas de Aço; Aramida;
Resistência Balística.
ABSTRACT
The development that has occurred in recent decades, due to the application of new materials,
has been pushing companies of design and application of armored compounds diversify, more
and more their use in all segments of society. Performance evaluation of a composite armor
depends on the interaction of the projectile (ammunition) with the target and basically consists
in verifying qualitative levels of penetration and the damage caused by the impact. The
combination of material and thickness involved in the compound is a key factor to the
performance of the board, as well as the search for compounds more lighter and stronger. This
work aimed to contribute to the development of a armored compounds from the reuse of steel
balls from the mechanical treatment called "shot peening", which was transformed into tablets
steel, using the process of "Powder Metallurgy ". The manufacture of the compound was
achieved by manual lamination webs aramid, using the adhesive "Sikaflex 252" for joining
the webs and tablets of steel. The work was based on library research and practical results
achieved in laboratory tests. The level of ballistic protection required was based on the
standard ABNT NBR 15000:2005 equivalent to NIJ (National Institute of Justice) Level II – 9
mm FMJ ammunition type.
Keywords: Armored compounds; Powder Metallurgy; Steel Balls; Aramid; Ballistic
Resistance.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 1
MATERIAIS E MÉTODOS....................................................................................................... 4
Materiais ................................................................................................................................. 4
Processo da metalurgia do pó e a seleção dos pós metálicos.................................................. 4
Preparação para a prensagem a frio..................................................................................... 6
Compactação. ...................................................................................................................... 7
Sinterização. ...................................................................................................................... 10
Aramida ............................................................................................................................. 15
Fabricação da manta de material composto. ..................................................................... 16
Blindagem Composta: Montagem e Caracterização ............................................................. 18
RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................. 23
CONCLUSÕES ........................................................................................................................ 30
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 32
ANEXO 1 – TABELAS DE PROTEÇÃO BALÍSTICA ......................................................... 32
ANEXO 2 – PROPRIEDADES DO ADESIVO Sikaflex®-252 ............................................. 34
INTRODUÇÃO
Mesmo antes da Idade do Bronze, o homem já utilizava armaduras durante as guerras.
O escudo era sua principal peça de proteção, e era confeccionado em madeira revestida com
couro. As armas utilizadas nessa época eram pedras, lanças, dardos, clavas ou flechas
lançadas por arcos. Os demais itens de proteção utilizados por esses antigos guerreiros eram
feitos de couro, vime, tecidos acolchoados ou madeira. [1]
Na Idade do Bronze, o homem aprendeu a confeccionar punhais, machados e flechas
com pontas metálicas, tornando obrigatória a utilização do metal em blindagens. Surgem
então capacetes, proteções para o peito e pernas inteiramente feitos de metal.
Devido à sua grande flexibilidade, o couro continuou sendo utilizado juntamente com
o metal, marcando o início das armaduras mistas. Os sumérios usavam uma couraça cravejada
com discos metálicos, enquanto os gregos combinavam bronze com revestimento de couro,
conforme descrito na ilíada. [1]
Na idade do ferro, as armaduras de bronze deram lugar ao novo metal, e as longas
espadas foram substituídas pelo punhal. Por volta de 1000 A.C., as armas, carruagens e
armaduras do exército assírio foram completamente confeccionados em aço. As falanges
gregas vestiam pesadas armaduras para proteção peitoral e carregavam um escudo redondo.
Seus exércitos obtinham grandes vitórias nos campos de batalha, mas por razões táticas e
econômicas a heroica Grécia possuía tropas que utilizavam apenas armaduras leves e práticas.
Em 400 A.C., o general grego Xenofontes teve que convencer seu exército de 10.000 homens
a retirar suas pesadas armaduras para acelerar o deslocamento através do terreno montanhoso
da Armênia. [1]
Durante a conquista do México, os espanhóis utilizavam espessas armaduras de
algodão capazes de proteger contra flechas e lanças [1]. Mas com o advento das armas de
fogo, essas armaduras foram imediatamente abandonadas, tornando obrigatório o retorno do
metal. Porém, o excessivo peso das blindagens metálicas tornou-se incompatível com a
mobilidade exigida pelas guerras modernas, inviabilizando sua utilização como elemento de
proteção. Um novo tipo de combate começou a ser colocado em prática a partir da 1ª Guerra
Mundial. A utilização de trincheiras protegiam os soldados dos projéteis disparados por armas
de fogo. Logo, com a entrada nos tanques de guerra no cenário das guerras, iniciou-se então
uma corrida tecnológica entre blindagem dos carros de combate e o poder penetrante dos
armamentos. [1]
1
Como visto, desde os antigos tempos até os dias atuais, as blindagens vêm sendo
modificadas de acordo com o armamento, as táticas, processos de fabricação e os fatores
econômicos. Quando as armas utilizadas são capazes de destruir a blindagem, ela é
aperfeiçoada para derrotar o armamento, ou então é abandonada para melhorar a mobilidade
da tropa. O aperfeiçoamento da precisão e do poder de fogo das armas modernas têm
aumentado a probabilidade e a severidade dos impactos contra pessoas e equipamentos em
situação de combate. [1]
O termo blindagem composta é utilizado quando o produto final é formado pela
combinação de dois ou mais materiais com propriedades diferentes que atuam de forma
conjunta, de forma a complementar a deficiência do outro material durante o impacto e o
processo de penetração do projétil. A blindagem deve assegurar proteção balística para cada
nível requerido, submetidos a impactos aceitáveis e sem a ocorrência de perfuração. [2]
Durante o impacto balístico num alvo, a carga varia de compressão para tração e
cisalhamento e, nenhum material possui uma resistência máxima para essa combinação de
cargas [3]. Em sua grande maioria, um determinado material possui uma determinada
característica mecânica elevada, como por exemplo, compressão, mas, o mesmo material pode
apresentar uma baixa propriedade á tração.
A solução para este impasse é aliar a um composto blindado as propriedades que
combinam e explorar as vantagens mecânicas dos dois materiais aplicados à resistência
balística. Os projetos atuais de proteção balística estão voltados para a relação nível de
proteção / peso. Outro fator importante aplicado a veículos blindados terrestres é a relação
peso/potência. Essa relação é fundamental para a mobilidade do veículo em QT (Qualquer
Terreno).
Atualmente existem muitos estudos e novas propostas de materiais e compostos
blindados, visando, a redução da massa e, tornando as proteções mais leves, favorecendo a
mobilidade e redução da energia gasta. A aplicação de compostos blindados iniciou-se no
século XX, mas teve uma grande evolução a partir do início do século XXI com a introdução
dos tecidos na composição das blindagens. Os principais tecidos utilizados são; a fibra de
vidro, depois o nylon, a aramida e mais recentemente, as fibras de polietileno de ultra peso
molecular. Existem muitas combinações de materiais utilizados como composto blindado,
mas, os principais são;
a. Placa metálica mais a adição de placa cerâmica;
b. Placa metálica mais a adição de placa polimérica;
2
c. Placa cerâmica mais a adição de placa polimérica.
A escolha dos compostos blindados são realizados de acordo com o nível de proteção
requerida, custos, densidade e o processo de fabricação do composto, processo de montagem
do composto e facilidade de reparos em caso de avarias. Um dos métodos de fabricação que
se pode utilizar para a geração de pastilhas metálicas para a aplicação em compostos
blindados é o processo de Metalurgia do Pó. A Metalurgia do Pó consiste de dois processos
principais; a compactação e a sinterização.
As matérias primas para este processo na sua grande maioria são pós-metálicos em
forma de esferas, acicular, irregular, dendrítica, arredondado, poroso e andular. A origem da
matéria prima para a fabricação das pastilhas de aço utilizando a Metalurgia do Pó será de um
processo mecânico onde são utilizados esferas de aço (Steel Shot) denominado “Shot
Peening”. Este processo que gera uma tensão residual de compressão na superfície de peças
metálicas provocada pelo bombardeamento de esferas metálicas a velocidades relativamente
elevadas (20 a 100 m/s), provocando uma conformação mecânica a frio.
O processo pode ser aplicado em todos os tipos de metais, podendo compreender toda
superfície da peça ou concentrado em uma área especificada. Pode ser aplicado também a
peças de formatos uniformes ou irregulares. As esferas metálicas atuam como um pequeno
martelo, gerando assim uma tensão residual na superfície tratada. [4]
O presente trabalho tem por objetivo propor a fabricação de um composto blindado,
utilizando-se de pastilhas de aço produzidos pelo processo de Metalurgia do Pó coladas com
adesivo a base de poliuretano “SIKAFLEX 252” contra uma placa de Aramida Estrutural. Os
pós-metálicos utilizados serão de origem de um reaproveitamento a partir de esferas de aço
carbono do processo de jateamento denominado “Shot Peening” que são consideradas rejeitos
(sucata) após algumas utilizações. Também irá indicar as principais aplicações do composto e
sugestões de trabalhos futuros.
3
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Neste trabalho foram utilizados como material metálico básico, esferas de aço
provenientes do processo de “shot peening”, placa de material polimérico a partir de tecido de
aramida estrutural e adesivo tipo “SIKAFLEX 252” para a colagem das pastilhas metálicas à
placa de aramida.
Processo da metalurgia do pó e a seleção dos pós-metálicos
Metalurgia do pó é um processo de fabricação que produz peças tendo como matériaprima pó metálico ou não. O processo consiste em compactar e/ou modelar a mistura e
aquecê-la (etapa chamada de sinterização), com o objetivo de melhorar a coesão da estrutura
interna do material. A característica específica do processo é que a temperatura permanece
abaixo da temperatura de fusão do elemento constituinte principal.
A metalurgia do pó é um processo em que a economia de material é levada ao
extremo, com mínimas perdas de matéria-prima (as perdas na usinagem convencional, por
exemplo, podem chegar a 50%). Certas ligas podem ser obtidas pela metalurgia do pó a custos
várias vezes inferiores do que se fossem produzidas pela metalurgia convencional.
A possibilidade de conjugar peças simples e partes sinterizadas também representa um
importante fator de economia de custos, com preservação de qualidade do produto final. O
controle exato da composição química desejada do produto final, a redução ou eliminação das
operações de usinagem, o bom acabamento de superfície, a pureza dos produtos obtidos e a
facilidade de automação do processo produtivo são alguns dos motivos que tornam a
Metalurgia do Pó uma fonte produtora de peças para praticamente todos os ramos da
indústria, como o automobilístico, de informática, aeroespacial, de material eletroeletrônico,
de equipamentos e implementos agrícolas, têxtil e tantos outros.
Entretanto, algumas limitações ainda não superadas tornam a Metalurgia do Pó uma
solução inviável em algumas situações. Por exemplo, a peça tem que ser extraída de uma
matriz, o que dificulta a produção de componentes com certas características geométricas
(furos, rasgos etc.), que devem ser obtidas por processo de usinagem posterior.
Vantagens:
o Perda mínima de matéria-prima;
o Controle rigoroso da composição química;
4
o Boa tolerância dimensional, dispensando operações posteriores de usinagem;
o Homogeneidade estrutural e de propriedades;
o Bom acabamento superficial;
o Uso mais eficiente de energia;
o Processo de fácil automação.
Desvantagens:
o Alto custo inicial do ferramental, sendo necessárias grandes produções para
compensar o investimento;
o Tamanho e formato limitado das peças;
o Impede processo posterior de soldagem, devido ao comprometimento das
propriedades físicas e químicas devido à porosidade da peça.
O processo da Metalurgia do Pó utiliza pós-metálicos que podem ser conseguidos por
vários processos, sendo que sua escolha depende do conjunto de propriedades do material e
das características que se quer para o componente final, em função da aplicação pretendida.
Os principais são:
o Métodos mecânicos - quebra e moagem;
o Cold-stream;
o Atomização;
o Processo de redução química;
o Processo de eletrólise.
Uma das características mais importantes e que influenciam as propriedades
mecânicas finais do componente é a forma e o tamanho das partículas individuais.
Para o projeto de uma peça sinterizada, a distribuição granulométrica das partículas é
outra informação importante. Os vários métodos de obtenção de pó metálicos conduzem a
diversas formas, tamanhos, distribuição e outras características dos pós, sendo
imprescindível o domínio do processo de obtenção e caracterização dos pós para se chegar
a uma peça final que atenda os requisitos para que foi projetado o componente.
Quanto à forma geométrica, as mais comuns são; acicular, dendrítica, angular, fibrosa,
granular, porosa, nodular, irregular ou esférica, mostradas na figura 1. [5]
5
Figura 1 - Principais formas geométricas dos pós. [5]
Quanto ao tamanho, o diâmetro médio das partículas influencia algumas
características do produto final. Por exemplo, uma partícula maior permite maior
compactação, enquanto uma menor permite uma superfície com menor rugosidade. A figura 2
mostra algumas formas de caracterizar o tamanho das partículas. [6]
Figura 2 – Principais formas de caracterizar o tamanho das partículas. [6]
Preparação para a prensagem a frio
A esfera de aço carbono utilizada é proveniente do processo de jateamento
denominado “Shot Peening”. O diâmetro das esferas utilizadas este trabalho foram as
denominadas “S70”, com granulometria nominal de 0,007 de polegadas (0,1778 mm), e
dureza inicial de 55/62 HRC. As figuras 3 e 4, mostra de uma forma geral as esferas utilizadas
no processo de jateamento “Shot Peening”.
6
Figura 3 - Esferas utilizadas para o processo de “Shot Peening” (Ampliação 100X).
Figura 4 - Detalhe da esfera utilizada no processo de “Shot Peening”(Ampliação 200X).
A análise química das esferas apresentaram os valores conforme a tabela 1.
Tabela 1 – Percentual de carbono nas esferas utilizadas para a compactação a frio.
Carbono
Enxofre
(%)
(%)
Análise 1
0,763
0,0137
Análise 2
0,764
0,0099
As esferas utilizadas possuem um alto percentual de carbono que influência na dureza
do material e na compactação. Foi utilizado o tratamento térmico de normalização, que tem
como objetivo principal, refinar a granulação e conferir ao aço, estruturas uniformes e, para se
reduzir a dureza do material, tornando-os mais dúcteis e facilitar a compactação a frio [7]. As
esferas foram aquecidas a uma temperatura de 900 °C e mantidas em neste patamar por 1
hora, seguida de resfriamento ao ar. Após a normalização, a dureza das esferas reduziram para
22 HRC.
Compactação
Nesta etapa, uma quantidade calculada de pó é colocada na cavidade de uma matriz
montada em uma prensa de compressão, que pode ser mecânica ou hidráulica. A compactação
7
ocorre por deslocamentos simultâneos ou não dos punções superior e inferior, à temperatura
ambiente. A figura 5 mostra a matriz utilizada no processo da compactação das pastilhas.
Figura 5 - Matriz utilizada para gerar as pastilhas pelo processo da metalurgia do pó.
A matriz utilizada fornece pastilhas com diâmetro de 2 cm e, é de propriedade da
UNIVAP. Nos primeiros movimentos do punção, a compactação causa apenas o adensamento
do pó, sem deformação das partículas e sem produzir adesão entre elas. Com o aumento da
pressão aplicada nas pastilhas de aço sinterizado, que varia de 1600 a 9300 kg/cm² ocorre
deformação plástica das partículas, formando uma espécie de “solda fria”. A compactação
gera uma peça com formato final ou aproximado à peça a ser fabricada, chamada de
compactado verde. É muito frágil, e o manuseio inadequado pode “esfarelar” a peça. Outros
objetivos da compactação:
o Conferir dimensões finais, considerando as variações causadas pela etapa de
sinterização;
o Conferir densidade a verde adequada;
o Conferir resistência a verde suficiente para o manuseio cuidadoso;
o Otimizar o contato entre as partículas para que a sinterização tenha boa
eficiência;
o Dar ao pó a forma final da peça.
O projeto da peça é muito importante, porque pode acarretar nessa etapa a formação da
zona neutra, apresentando uma região em que as partículas sofreram menores pressões de
compactação, gerando uma peça final heterogênea, com zonas de propriedades diferentes em
relação a outras partes da peça. Certos tipos de geometria de peça são inviáveis justamente
devido à formação de zonas neutras.
A figura 6 mostra a prensa hidráulica de acionamento manual marca Marcon modelo
PHS 15T utilizada na compactação a frio.
8
Figura 6 - Prensa hidráulica manual utilizada na fase de compactação a frio.
O princípio da compactação apresenta três estágios distintos quando os pós são
comprimidos:
o Primeiro Estágio: As partículas de pó são remontadas e ou rearranjadas, de
modo a eliminar parcialmente a formação de vazios, formação essa que sempre
acontece quando se empilha a esmo partículas de pó.
o Segundo Estágio: Envolve a deformação plástica das partículas. A
profundidade da formação plástica depende da ductilidade do pó e de outras
características do material. A deformação é mais profunda em metais dúcteis.
o Terceiro Estágio: As partículas de pó que ficaram frágeis devido ao
encruamento dos estágios anteriores, quebram e formam fragmentos menores.
Um fator importante no processo da compactação é que, se aumentar a pressão, a
densidade da massa de pó aumenta e a porosidade diminui. A figura 7 mostra a relação entre a
pressão de compactação com a densidade a verde, levando em consideração fatores como, o
tamanho da partícula, a dureza e a velocidade da compactação.
9
Figura 7 - Representação esquemática da influência da pressão X densidade a verde. [8]
Neste trabalho, foi utilizada uma força de 12000 kgf para a compactação a frio com
uma pressão sobre a superfície da pastilha na ordem de 3819,7 kgf/cm², conforme equação 1.
Força aplicada: 12000 kgf.
Área: Ø da pastilha de 2 cm ∴ A = 3,1416 cm².
Pressão:
P = F/A =
equação 1
Sinterização
É a etapa mais importante do processo de fabricação de uma peça metálica por
Metalurgia do Pó, pois é neste estágio que ocorrem importantes mudanças que determinam as
propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas e óticas do produto final. O perfeito
processamento do pó antes da sinterização é fundamental para o sucesso desta etapa. [1]
A sinterização consiste no aquecimento dos compactados verde, obtidos na operação
de compactação, a temperaturas elevadas, porém abaixo do ponto de fusão do metal ou do
principal constituinte da liga metálica considerada, sob condições controladas de tempo,
temperatura e meio ambiente. [8]
O compactado a verde, dentro ou fora da matriz, é aquecido a temperaturas altas, mas
que permanecem abaixo da temperatura de fusão do metal base. O tempo de aquecimento
10
melhora o mecanismo de coesão do compactado para uma determinada temperatura. Em
contrapartida, temperaturas próximas às de fusão do metal, geram obtenção da força coesiva
máxima em um curto espaço de tempo, geralmente segundos.
Normalmente, a temperatura especificada de sinterização é da ordem de 2/3 a 3/4 da
temperatura de fusão da liga considerada [8]. A tabela 2 mostra as temperaturas e os tempos
usuais de diversos materiais empregadas em Metalurgia do Pó. Os tempos se referem à
permanência do material no interior do forno.
Tabela 2 - Temperatura e tempos de sinterização de diversos materiais. [8]
O controle da atmosfera do forno também influência nas propriedades finais da peça.
São quatro as funções do controle da atmosfera: previne ou minimiza reações químicas entre
o compactado verde e os gases da atmosfera; evita oxidação; remove impurezas superficiais e
internas existentes; e eventualmente, fornece um ou mais elementos químicos para se ligarem
com o compactado verde.
A sinterização é feita, normalmente, em fornos contínuos, caracterizados por três
zonas de operação: pré-aquecimento, manutenção da temperatura e resfriamento.
Durante a sinterização ocorrem reações químicas e físicas entre as partículas,
reduzindo e em alguns casos até eliminando a porosidade existente no compactado verde. A
contração do compactado verde, em comparação com a peça final, chega a ser de 40% do
volume, sendo uma redução linear de cerca de 16%. Os fenômenos que ocorrem na
sinterização são os seguintes: ligação inicial entre partículas; crescimento da ligação;
fechamento dos canais que interligam os poros; arredondamento dos poros; densificação ou
contração dos poros; crescimento eventual dos poros. A figura 8 mostra a sequência do efeito
da temperatura de sinterização na ligação entre as partículas.
11
Figura 8 - Representação esquemática de três esferas de sinterização.
(a) pontos originais de contato; (b) crescimento do pescoço; (c) e (d) arredondamento dos
poros. [8]
O processo de sinterização também é responsável por atribuir as propriedades físicas e
mecânicas da peça em relação a temperatura de sinterização. A figura 9 mostra a relação das
propriedades da peça em relação a temperatura de sinterização.
Pr
op
rie
da
de
Temperatura
12
Figura 9 - Figura mostrando a relação entre propriedade versus temperatura de sinterização
[8].
Para a sinterização, os corpos de prova em forma de pastilhas cilíndricas foram
colocados em uma placa de material refratário e sinterizadas a uma temperatura de 1200 °C
por uma hora na região de patamar. A curva de sinterização utilizada foi: até a temperatura de
600 °C com uma taxa de 2 °C/min, de 600 a 1200 °C a uma taxa de 5 °C/min, permanência no
patamar de 1200 °C por 1 hora, resfriamento a uma taxa de 10 °C/min até a temperatura de
600 °C, o forno é desligado automaticamente e, os CDP’s resfriam-se dentro do forno,
conforme ilustrado na figura 10. O forno utilizado para a sinterização foi da marca/ modelo
Lindberg – Blue para queimas de até 1700 °C, conforme mostrado á figura 11.
Figura 10 - Curva de sinterização utilizada para a pastilha metálica.
13
Figura 11 - Forno utilizado na sinterização das pastilhas.
A figura 12 mostra as pastilhas já sinterizadas e prontas para a fase seguinte de
tratamento térmico.
Figura 12 - Pastilhas após a sinterização.
Após a sinterização, as pastilhas foram submetidas a tratamentos térmicos
convencionais para melhoria das propriedades mecânicas. Neste caso foi aplicado o
tratamento térmico chamado têmpera para obter a constituinte estrutural acicular (em forma
de agulhas) chamado de martensita [7]. A têmpera consiste no aquecimento do aço até sua
transformação austenítica, seguindo da maior velocidade de resfriamento, ou seja,
resfriamento na velocidade crítica de têmpera. A estrutura Martensita é a solução de ferro alfa
supersaturada de carbono, sendo a cementita, o constituinte mais duro e frágil dos aços.
A obtenção da martensita visa o aumento do limite de resistência à tração e da dureza
do aço [7]. A figura 13 mostra o forno marca Tecnal modelo EDGcon 5P – 1800, utilizado
para o processo de têmpera das pastilhas.
14
Figura 13 - Forno utilizado para o processo de tratamento térmico das pastilhas.
O tratamento térmico aplicado foi a têmpera. A temperatura utilizada foi a de 850 °C e
resfriado na água. Após o tratamento térmico das pastilhas, as mesmas foram encaminhadas a
uma estufa marca Quimis modelo Q–317 B252, para a eliminação da umidade, visando a
redução de pontos de oxidação devido á água. A figura 14 mostra a estufa utilizada para e
secagem das pastilhas após o tratamento térmico.
Figura 14 - Estufa utilizada na secagem das pastilhas.
Aramida
O outro material utilizado para a fabricação do composto blindado foi o tecido de
aramida, que inicialmente foram introduzidas em 1971 nos produtos comerciais, como
reforços em pneus, cintos e outros produtos relacionados a borracha. Depois de alguns anos
foram amplamente usadas em proteções balísticas e como reforço para compósitos de alto
15
desempenho. A Aramida também é conhecida como Kevlar®, que é o nome que a empresa
DuPont® designou para o material feito de fibra sintética poli(parafenileno tereftalamida)
construído de fibras p-aramida, cuja estrutura está apresentada na figura 15 [9]. Segundo
informações da companhia, é cinco vezes mais resistente se comparado com o mesmo peso
em aço.
Figura 15 - Ilustração da estrutura da aramida.
A resistência ao impacto da fibra de aramida é bem conhecida e justifica sua utilização
como material de blindagem em automóveis e em dispositivos de proteção pessoal [10]. Para
compósitos balísticos, o desempenho das fibras depende da taxa de absorção de energia e dos
mecanismos de fratura dinâmica durante o impacto. Normalmente, os compósitos avançados
podem absorver uma energia muito maior do que os materiais metálicos convencionais.
Muitas vezes empregam-se tecidos com a finalidade de evitar propagação das linhas de
ruptura e desempenhar uma função estrutural e de proteção aos compósitos. [11]
Karahan [11] investigou o desempenho balístico e a absorção de energia das fibras de
aramida. No painel balístico foram avaliadas as propriedades balísticas em diferentes números
de camadas de fibras de aramida do tipo Twaron CT710. A geometria do trauma causado pelo
impacto do projétil está relacionado com a energia transmitida para a parte posterior do
painel. O número de camadas é o parâmetro mais importante para a avaliação da profundidade
do diâmetro do trauma dos painéis. [11]
Fabricação da manta de material composto
A fabricação da placa de material composto foi realizada com a junção de mantas de
aramida e de pastilhas cilíndricas de aço, utilizando a moldagem manual (hand lay-up). O
16
processo de moldagem manual foi realizado nas instalações da empresa Alltec – Indústria de
Componentes em Materiais Compostos. O processo de laminação manual se caracteriza pela
simplicidade de procedimentos de manufatura de compósitos, não envolvendo nenhum
investimento em equipamentos de processo para a manufatura [12]. O processo de laminação
manual foi realizado por uma sobreposição de camadas de aramida.
As camadas foram empilhadas conforme mostrado na figura 16, subsequentemente,
compactadas umas as outras manualmente, de tal modo que a orientação da direção varia de
acordo com cada camada. As camadas são montadas manualmente, sobre uma placa metálica
plana e compactadas com auxílio de uma espátula plástica, para eliminação de rugas,
desalinhamento das fibras e retenção de ar. Foram utilizadas 20 camadas do tecido de aramida
estrutural para a fabricação da placa de aramida.
CAMADAS DE TECIDOS
PLACA METÁLICA (MESA)
Figura 16 - Esquema de montagem das camadas de aramida.
O processo inicia-se pelo tratamento da superfície da placa metálica (base de apoio),
com a aplicação de um desmoldante, que servirá de mesa de apoio e de molde para a
laminação manual. O produto desmoldante serve para facilitar a remoção da placa após o
processo de cura. Sobre as camadas de aramida são colocadas sucessivamente filmes de
adesivo a base de poliuretano “SIKAFLEX 252” e prensados manualmente. A figura 17
mostra o aplicador manual utilizado para depositar o adesivo na manta de aramida.
17
Figura 17 - Detalhe da aplicação do adesivo na manta de aramida.
Desta forma, haverá sempre uma camada de aramida intercalada com uma camada de
adesivo. As figuras 18 mostram a sequência da laminação da manta de aramida.
(a) Aplicação do adesivo
(b) distribuição do adesivo
(c) Final da aplicação do adesivo
Figura 18 - Adesivo a base de Poliuretano aplicado na manta de aramida.
Blindagem Composta: Montagem e Caracterização
Após a fabricação do painel de aramida através da laminação manual, as pastilhas de
aço, foram coladas sobre o painel de aramida utilizando adesivo “SIKAFLEX 252” e,
posteriormente, foram curadas a temperatura ambiente [13]. O tempo total de cura para este
processo foi de 48 horas. A configuração do painel para a caracterização do desempenho
balístico esta apresentada na figura 19, onde:
18
Figura 19 - Configuração do painel de composto blindado para ensaio balístico.
A disposição adotada para a fabricação do composto blindado é mostrada na figura 20,
pois, como a pastilha gerada possue a forma cilindrica em decorrência da matriz utilizada na
compactação.A disposição adotada foi devido a reduzir os espaços vazios entes as pastilhas
devido a forma cilindrica, de modo a proteger a placa de aramida do impacto direto do
projétil.
(a)
(b)
(c)
Figura 20 - Colagem das pastilhas de aço na placa de aramida.
(a) Início da colagem (b) fase intermediária da colagem (c) fim da colagem.
Após a colagem das pastilhas de aço na manta de aramida o composto foi cortado e
envolopado utilizando uma manta de aramida colado à placa com o adesivo “SIKAFLEX –
252”. A figura 21, mostra a placa blindada após o envelopamento.
19
(a) Vista frontal da placa
(b) vista lateral
Figura 21 - Placa blindada após o envelopamento.
Os ensaios balísticos foram conduzidos de acordo com a norma NBR 15000 nível II
cartucho calibre 9 mm FMJ [14], que é utilizada pelo Exército Brasileiro, para procedimentos,
equipamentos, condições físicas e terminologia utilizadas na determinação da resistência
balística de blindagens metálicas, não metálicas e híbridas. Além disso, a norma é utilizada
para fins de pesquisa e desenvolvimento de novos materiais e é aplicável aos seguintes tipos
de blindagem: blindagem pessoal, assentos blindados para aeronaves e veículos terrestres;
estações blindadas para tripulantes de aeronaves militares; blindagem externa e interna para
aeronaves; blindagem transparente, tais como janelas, para-brisas de aeronaves e veículos
terrestres; anteparos blindados para uso naval; blindagem estrutural para uso em navios;
blindagem para abrigos táticos militares; visores para proteção dos olhos e da face; blindagem
para aplicações espaciais; blindagem para veículos leves e pesados de combate.
O ensaio balístico foi realizado nas dependências da empresa BCA Téxtil de São José
dos Campos. O equipamento básico utilizado para o ensaio incluem, uma estativa de precisão,
de onde é disparado o projétil, cronógrafo Oehler e suporte para fixação da blindagem. A
distância entre a boca do provete e o alvo é de 10 m e o cronógrafo é o equipamento utilizado
para medir a velocidade do projétil que é sensibilizado no instante em que o projétil ultrapassa
o primeiro vão, disparando o cronômetro. Quando o projétil ultrapassa o segundo vão o
cronômetro é travado, obtendo-se assim uma medida de tempo que é convertida em
velocidade. A velocidade inicial do projétil calibre 9 mm FMJ segundo norma NBR 15000 é
de (358 ± 15) m/s e sua massa é de (8,0 ± 0,1) g e a energia de impacto é de 512,66 J [14]. A
20
norma equivalente a NBR 15000 para um mesmo nível de proteção balística e amplamente
utilizada no mundo todo é a NIJ 0108.01. [15]
Após o ensaio balístico o painel foi analisado sobre a perfuração ou não do composto
blindado e a forma do cone da fratura. As figuras 22, 23 e 24 mostram os equipamentos e a
munição utilizados para o ensaio do composto blindado.
Figura 22 - Estativa utilizada no ensaio.
Figura 23 - Cronografo Oehler utilizado para mensurar as velocidades de disparo.
21
Figura 24 - Munição utilizada no ensaio – 9 mm FMJ.
22
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nesta seção estaremos discutindo os resultados apurados neste trabalho e comparando
com propostas similares de composto blindado. As pastilhas fabricadas a partir do
reaproveitamento de esferas de aço do processo “shot peening” apresentaram as seguintes
dimensões conforme mostrado na tabela 3. Essas dimensões referem-se às seguintes fases:
•
Pastilhas a “verde” - que é o resultado do processo da compactação a frio;
•
Pastilhas Sinterizadas – que é o resultado do processo de sinterização. Processo este
realizado após a compactação a frio;
•
Pastilhas com Tratamento Térmico – que é resultado do processo da aplicação da
têmpera realizada nas pastilhas com a intenção de aumentar a dureza superficial da
pastilha. Esta fase foi realizada a pós a sinterização.
•
Tabela 3 - Dimensões das pastilhas após as fases de fabricação.
Pastilhas a Verde
Altura (mm)
Diâmetro (mm)
Peso (g)
Massa Específica
(g/cm³)
5,74
20
9,075
Pastilhas
Sinterizadas
5,89
21,16
7,8
Pastilhas T.
Térmico
5,89
21,16
7,8
5,033
3,766
3,766
Verificamos que os resultados apresentados entre as dimensões do diâmetro das fases
“a verde” e “sinterização”, mostraram que houve um aumento das dimensões de diâmetro e
altura, com diminuição do peso e massa específica.
Outro ponto verificado foi à dureza do material após o tratamento superficial
“têmpera”. O valor da dureza é um fator importante para servir de primeira camada em
compostos blindados. Quanto maior a dureza melhores resultados serão obtidos em relação a
erodir a ponta do projétil. O valor obtido de dureza após o tratamento térmico foi de 240 HB.
O resultado apresentado mostra que a placa formada pelas pastilhas de aço, deveriam
apresentar um valor maior de dureza para que seja mais efetiva como primeira camada em
composto blindados. Verificamos que a dureza é uma propriedade que é tratada com muito
cuidado, quando se aplica a metalurgia do pó. Os produtos proveniente da metalurgia do pó,
possuem um grau de porosidade elevada, o que dificulta conseguir um alto valor de dureza.
23
Portanto o controle da homogeneização e da porosidade são fatores primordiais para o
sucesso da fabricação de pastilhas para a aplicação em compostos blindados. A figura 25
mostra o detalhe da pastilha sinterizada, identificando a região do núcleo e a região de
oxidação.
(a)
(b)
Figura 25 - Detalhes da região da superfície da pastilha. (a) Região do núcleo, (b) região
da oxidação. (Ampliação 10x).
Verificamos que a região de oxidação poderia ser menor, com um controle efetivo da
atmosfera do forno. As atmosferas podem reagir com o pó, causando reações químicas no
sinterizado, formando carepas e aumentando a as camadas de óxidos durante o processo de
sinterização. [16]
A disposição adotada para a fabricação do composto blindado é mostrada na figura 26,
onde a pastilha gerada tem a forma cilíndrica devido á matriz utilizada na compactação. A
placa possui a dimensão de 31,1 x 31,5 cm. A disposição adotada foi devido a reduzir os
espaços vazios entes as pastilhas devido a forma cilíndrica delas. Desta forma, reduz-se a
probabilidade do projétil perfurar a placa.
24
Figura 26 - Disposição das pastilhas de aço na manta de aramida.
As dimensões finais do composto após a fase de acabamento estão mostradas na Tabela 4.
Tabela 4 - Dimensões do composto blindado.
COMPOSTO BLINDADO
Largura
31,1 cm
Altura
31,5 cm
Espessura
13,0 cm
Peso
2666 g
Peso Específico
2,09 g/cm3
Conforme mostrado na tabela 4, a massa específica da placa blindada mostrou-se
viável para aplicação em produtos que visam a redução de peso final. Pois o resultado final,
ficou menor que material similares aplicados em proteções balísticas. A tabela 5, mostra
alguns materiais com suas respectivas massas específicas para servir de comparação com o
resultado verificado pela placa blindada fabricada para este trabalho.
Tabela 5 -Massas específicas de diversos materiais.
MATERIAL
Liga de aço SAE 1020
Liga de aço SAE 4340
Liga inoxidável 304
Liga de alumínio 2024
Inconel 625
Sílica
MASSA
ESPECÍFICA
(g/cm³)
7,85
7,85
8,00
2,77
8,44
2,20
25
Carbeto de sílicio Sinterizado
Polietileno de alta densidade
Aramida
Pastilha aço sinterizado (esfera aço “shot peening”)
Composto blindado (pastilha + aramida)
2,40
0,959
1,44
3,766
2,09
O ensaio balístico foi realizado conforme a norma NBR ABNT 15000, conforme
resumo na tabela 6.
Tabela 6 - Referência do método utilizado no ensaio balístico.
Calibre
9 mm FMJ
Norma
NBR 15000
Nível
II
Disparos por amostra
3
Após o impacto causado por três projéteis, o resultado verificado foi que a placa se
comportou de forma adequada, ou seja, foi capaz de não permitir a perfuração pelo projétil. A
figura 27 mostra a face de impacto antes dos projéteis serem disparados.
Figura 27 - Detalhe da placa e da face antes do impacto do projétil.
A figura 28 mostra a face da placa após o impacto dos projéteis de 9 mm FMJ.
26
Figura 28 - Detalhe da placa e da face após o impacto do projétil.
A figura 29 mostra a face posterior da placa após o impacto dos projéteis.
Figura 29 - Detalhe da placa e da face posterior após o impacto do projétil.
Como pode ser observado na figura 29, o projétil não perfurou a placa blindada e, não
houve danos à camada de aramida que serviu para envelopar o composto. Isso comprova que
a placa blindada foi efetiva para a munição de 9 mm FMJ, segundo a norma ABNT NBR
15000:2005 – Nível II.
A seguir, é apresentado na tabela 7 a distância entre os impactos dos projéteis na placa
de composto balístico.
Tabela 7 - Distância entre os impactos dos projéteis.
Disparos
Distância (mm)
Entre o 1º e 2º
Entre o 1º e 3º
Entre o 2º e 3º
126
131
118
27
A figura 30 mostra a localização dos impactos dos projéteis 9 mm.
Figura 30 - Detalhe da localização dos impactos dos projéteis.
Tabela 8 - Identificação do projétil x velocidades dos impactos.
Impactos
Velocidades (m/s)
1
2
3
354
362
358
Os resultados apresentados na tabela 8, mostraram que as velocidades de impacto
ficaram dentro da norma ABNT NBR 15000: 2005, que padroniza a velocidade em 358 ± 15
m/s, ou seja, as velocidades utilizadas estão em conformidade com a norma.
Após a retirada da camada do tecido de aramida da região do primeiro impacto,
verificamos que o projétil ficou totalmente deformado pelo impacto contra as pastilhas
metálicas fabricadas pelo processo de metalurgia do pó. Verificamos também que as pastilhas
ao redor do ponto de impacto não sofreram deformação, o que indica que o cone de fratura
afetou somente a região do impacto. A figura 31, mostra a região do “impacto 1” e o detalhe
ao redor da pastilha afetada.
Região do primeiro
impacto.
Detalhe do projétil e das
pastilhas ao redor do
impacto.
28
(a) Detalhe do projétil
(b) Projétil alojado nas pastilhas (2X) (c) Detalhe ampliado
do Projétil (4X)
Figura 31 - Detalhe do projétil alojado na placa blindada.
Após a remoção do projétil da placa blindada, verificamos que o mesmo ficou
totalmente deformado e destruído, o que mostra que, a primeira camada utilizada de aço
sinterizado foi efetiva, contribuindo para erodir a ponta e o restante da energia cinética
proveniente do impacto ser dissipada pela camada de aramida. A figura 32 mostra a massa
residual do projétil após o impacto e remoção da placa blindada.
Figura 32 - Massa residual do projétil calibre 9 mm FMJ (Ampliação 6X).
29
CONCLUSÃO
Este trabalho teve a intenção de mostrar que a blindagem composta formada por
aramida e pastilhas metálicas em aço carbono provenientes do processo de metalurgia do pó é
viável e aplicável em proteções blindadas. A conclusão deste trabalho pode ser dividida em
três partes.
A primeira, a opção da utilização de esferas de aço provenientes do processo “Shot
Peening”, que foi uma aposta na reutilização de um material que incialmente é tratado como
refugo industrial. A fabricação das pastilhas cilíndricas pelo processo da metalurgia do pó
vem de acordo com o aprendizado e colocado em pratica com o conhecimento adquirido ao
longo do curso. A aposta mostrou-se viável, mas alguns cuidados devem ser observados em
trabalhos futuros como, por exemplo, o controle da atmosfera do forno em meios inertes,
uniformização dos grãos por peneiramento, melhor controle da porosidade e o resfriamento
por óleo do tratamento térmico têmpera, pois estes controles favorecem a dureza superficial
da pastilha o que auxilia a deformação da ponta do projétil.
A segunda, validar a laminação manual das mantas de aramida e união das pastilhas de
aço, utilizando o adesivo à base de poliuretano marca SIKAFLEX® 252. A fabricação do
composto mostrou-se satisfatória, visto que, o resultado final foi uma placa com bom controle
dimensional e baixa densidade (2,09 g/cm³) em comparação a outros compostos fabricados a
partir de chapa de aço e aramida.
A terceira, conforme os resultados apresentados do ensaio balístico provaram que,
com a pastilha de aço sinterizada na face frontal do composto e a camada de aramida na face
posterior foram efetivas para deter o projétil calibre 9 mm FMJ com velocidade média de 358
m/s padrão ABNT NBR 15000:2005.
No todo, o trabalho conseguiu atender o objetivo inicial que a proposta de fabricação
de um composto balístico a partir do processamento de pastilhas de aço geradas pelo processo
de metalurgia do pó, utilizando granalhas de aço e, a união à placa de aramida através de
adesivo a base de poliuretano.
Os seguintes tópicos podem ser pesquisados em prosseguimento ao presente trabalho:
•
Redução da espessura do composto blindado (pastilha + aramida);
•
Utilização da aramida balística como ponto de redução da espessura e massa
especifica final do composto blindado;
•
Analisar experimentalmente os impactos oblíquos;
30
•
Atmosfera de sinterização;
•
Investimento em novas matrizes com maior dimensão para aumentar a
produtividade da fabricação das pastilhas;
•
Aplicação e controle do processo do tratamento térmico;
•
Ensaio visando validar o composto blindado para o nível III da ABNT NBR
15000:2005;
•
Verificar a redução da eficiência da blindagem quando um disparo atinge os
pontos de junções entre as placas de aço sinterizado e aramida;
•
Controle da porosidade do aço sinterizado.
•
Gerar um plano de negócios para o produto.
31
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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composta cerâmica/metal, São José dos Campos, 2000, 14 f. Mestrado acadêmico. ITA.1
[2] NEB/T E-316 – Proteção Balística de Carros de passeio, CTEX,2003. 15
[3] XAVIER, C. e COSTA, CRC Estudo do Comportamento Mecânico de Placas de Alumina
Sob Impacto Balístico. 28º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Belo Horizonte, MG, 1984.2
[4] BRASIL, 2012A. http://www.ikkdobrasil.com.br/index.php?pg=univers&uni_id=4,
acessado em 24/10/2012.
[5] BRASIL, 2012B. http://pt.scribd.com/doc/40068262/Metalurgia-do-Po-Aplicacao-Estudode-Casos-e-Viabilidade), acessado em 26/10/2012.
[6] BRASIL, 2012C. http://www.norbertocefetsc.pro.br/metalurgiadopo.pdf, acessado em
27/10/2012.
[7] HOLTZ, Oddone A. Noções de Tratamento térmicos- 2ed. : Porto Alegre : Sagra-DC
Luzzatto, 1992.
[8] CHIAVERINI, Vicente. Metalurgia do pó: técnica e produtos – 4ª ed. – São Paulo:
Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, 2001.
[9] CORDEBELO,F.S. Polímeros do futuro: Tendências e oportunidades. Polímeros: Ciência
e tecnologia. Associação Brasileira de Polímeros, V.12, n.4, p. 4-25, Out.-Dez.2002.
[10] BRENT, S.A. Fundamentals of composites manufacturing: materials, methods and
applications. Dearbom: Society of Manufacturing Engineering, 2008.
[11] KARAHAN, M.; KUS, A.; EREN, R. An investigation into ballistic performance and
energy absorption capabilities of woven aramid fabrics. International Journal of Impact
Engemeering, v.35, n.6, p. 499-510, November,2012.
[12] LEVY, N.Flamínio, PARDINI, L.Cláudio. Compósito estruturais: ciência e tecnologia –
1 edº São Paulo: Edgard Blucher; 2006.3
[13] BRASIL, 2012D. http://br01.webdms.sika.com/fileshow.do?documentID=398, acessado
em 17/11/2012.
[14] ABNT NBR 15000:2005, Blindagens para impactos balísticos - Classificação e critérios
de avaliação.
[15] http://www.ballisticedge.com.au/NIJ0108.htm, acessado em 23/11/2012.
[16] A Metalurgia do pó: alternativa econômica com menor impacto ambiental, Grupo setorial
de metalurgia do pó, São Paulo – SP, 2009.
ANEXO 1 – TABELAS DE PROTEÇÃO BALÍSTICA
32
Considerações: Norma alemã que está sendo implantada no mercado comum europeu como
ERPN 52.290 como sendo mais rigorosa e mais qualitativa que a norma NIJ STD – 0108.01
utilizada nos USA e Brasil. Fazendo uma rápida comparação, um material aprovado pela
norma DIN 52.290, suporta mais disparos em uma menor área de um mesmo calibre em
comparação com um material aprovado pela norma NIJ STD – 0108.01.
33
Considerações: Norma brasileira que substituiu a NBR 14923/2003 e foi baseada
principalmente na norma NIJ americana.
Tabela III.3 – Norma NIJ
Considerações: Norma americana (U.S.A) que serve como referência para qualquer país da
America Latina, inclusive para o DFPC (Departamento de Fiscalização de Produtos
Controlados) do Exercito Brasileiro, o órgão que regulamenta os produtos balísticos
produzidos e comercializados no Brasil.
ANEXO 2 – PROPRIEDADES DO ADESIVO Sikaflex®-252
O Sikaflex-252 é um adesivo de poliuretano monocomponente, denso e de
consistência pastosa, resistente ao escorrimento, que cura ao entrar em contato com a umidade
atmosférica, formando um elastômero durável, o Sikaflex-252 é produzido de acordo com as
normas de qualidade e meio ambiente ISO 9001/14001.
Utilizações
O Sikaflex-252 é recomendado para aplicação em uniões estruturais que serão
submetidas às tensões dinâmicas. É apropriado para substratos como madeira, metais,
particularmente alumínio (incluindo componentes anodizados), chapa de aço (incluindo
chapa zincada, cromada, ou fosfatizada), metais com primer ou sistemas de pintura (duas
34
camadas), materiais cerâmicos e plásticos. Consulte o fabricante antes de utilizá-lo em
materiais transparentes ou pigmentados propensos à fissura por tensões internas.
Este produto é recomendado para uso somente por profissionais experientes. Testes
com substratos nas condições atuais devem ser realizados para assegurar a compatibilidade e
adesão com o material.
Caracteristicas
Monocomponente
Elástico
Pode ser pintado
Boa capacidade de preenchimento de juntas
Resistente às elevadas tensões dinâmicas
Absorve ruídos e vibrações
Não é corrosivo
Não é condutivo
Boa adesividade a diversos materiais
Cor
Preto e branco.
35
Mecanismo de Cura:
O Sikaflex -252 cura pela reação com a umidade atmosférica. Em baixas temperaturas,
o teor de água existente no ar é mais baixo e a reação de cura processa-se de forma mais lenta
(veja o diagrama).
36