Têxteis técnicos

Os têxteis técnicos são estruturas especificamente projectadas e desenvolvidas para utilização em produtos, processos ou serviços de quase todas as áreas industriais. Por outras palavras, são produtos que pretendem satisfazer requisitos funcionais bem determinados, distinguindo-se, nesse aspecto, dos têxteis convencionais, nos quais as necessidades estéticas e de conforto assumem importância primordial. De acordo com esta definição, um têxtil técnico pode ser utilizado de três formas diferentes:

a) como componente de outro produto contribuindo directamente para a sua resistência, desempenho e outras propriedades (ex.: materiais de tipo compósito reforçados por têxteis);

b) como ferramenta na produção de outro produto (ex.: filtros têxteis na indústria alimentar);

c) isoladamente, desempenhando uma ou várias funções específicas (ex.: geotêxteis).

Introdução

Existem múltiplas diferenças entre os têxteis técnicos e os têxteis convencionais. No que respeita aos domínios de aplicações e utilizadores finais, enquanto que os têxteis técnicos são utilizados em indústrias variadas, os têxteis convencionais são tradicionalmente utilizados na produção de vestuário e de têxteis-lar. Por outro lado, os têxteis convencionais são geralmente adquiridos e utilizados por consumidores individuais, enquanto que o comprador de têxteis técnicos raramente é o seu utilizador final.

A inovação tecnológica na área dos polímeros, fibras, tecidos e processos de fabricação e equipamento são os factores que maior impacto têm no crescimento dos têxteis técnicos. Outro factor importante, é a capacidade destes materiais têxteis contribuírem para a resolução de problemas em indústrias não têxteis.

Os materiais utilizados na produção dos têxteis técnicos dependem das aplicações específicas e do desempenho necessário, sendo normalmente utilizadas fibras de elevado desempenho. No caso dos têxteis convencionais as necessidades de desempenho são menos exigentes, sendo mais importante o conforto e a aparência.

No que respeita aos processos de fabrico, uma vez que os têxteis técnicos são normalmente constituídos por fibras de elevado desempenho (geralmente, mais duras, mais ásperas, etc.), torna-se difícil a sua transformação em estruturas têxteis, sendo por vezes necessário alterar os processos de fabrico convencionais.

Os métodos de ensaio para avaliação das propriedades dos têxteis técnicos representam um outro desafio, pois em muitos casos, uma vez aplicados torna-se difícil proceder à sua substituição. Muitas vezes não é possível simular as condições reais de utilização em laboratório, sendo os próprios métodos empíricos insuficientes. Por isso, o projecto de têxteis técnicos deverá basear-se em ensaios laboratoriais o que aumenta a necessidade de preci¬são e fiabilidade dos resultados. Uma vez que os métodos de ensaio convencionais normalmente usados para os têxteis não podem ser aplicados na avaliação das propriedades dos têxteis técnicos, torna-se necessário o uso da simulação e modelização das condições de aplicação destes materiais. Além disso, no caso dos têxteis convencionais, a qualidade dos produtos depende, para além das propriedades físicas, do gosto do consumidor, enquanto que nos têxteis técnicos estas propriedades são objectivamente definidas.

No que respeita à duração, espera-se normalmente que um têxtil técnico dure bastante mais tempo que um têxtil convencional. Neste caso, as tendências da moda não têm qualquer influência na vida útil do produto, contrariamente ao que acontece nos têxteis convencionais.

O custo de um têxtil técnico é normalmente mais elevado que o de um têxtil convencional. No entanto, se considerarmos a longa vida e os benefícios proporcionados pelos têxteis técnicos, o custo nem sempre é um problema. De facto, quando correctamente fabricados e aplicados os têxteis técnicos podem ser utilizados na substituição de materiais mais caros, podendo originar poupanças substanciais.

Através da tecnologia têxtil é possível combinar diferentes características num só produto tais como flexibilidade ou rigidez, baixo peso e resistência. É possível projectar e desenvolver fibras ou tecidos extremamente resistentes com excelente caimento e flexibilidade. De facto, a resistência de alguns materiais têxteis é mais elevada do que a do aço ou outro tipo de metal. Outra importante característica dos materiais têxteis técnicos é a porosidade que pode ser controlada através da estrutura têxtil, bem como pelo revestimento e pelo laminado. A porosidade dos materiais têxteis pode variar desde zero (estrutura completamente fechada) até uma grande percentagem de zonas abertas (rede). Os materiais têxteis para protecção e segurança pessoal, bem como os materiais utilizados para a protecção contra qualquer tipo de risco, apresentam um enorme potencial de crescimento no futuro. Com o avanço e sofisticação das tecnologias não têxteis, outras indústrias irão procurar soluções nos têxteis técnicos para resolver os seus problemas específicos.

Também ao nível dos mercados, os têxteis técnicos são completamente diferentes das dos sectores clássicos como o do vestuário e o dos têxteis-lar. As definições de objectivos e de orientações são geralmente comunicadas pelo cliente segundo um conjunto de parâmetros técnicos claros. O desenvolvimento da produção pode ocorrer ao longo de meses, ou mesmo de anos, utilizando materiais caros e fazendo um número elevado de ensaios sobre os produtos e respectivas aplicações. Os resultados positivos, neste sector, só são possíveis graças a um diálogo constante entre o fabricante, o produtor de fibras e o cliente final. Para atingir os objectivos é necessário, não só uma considerável capacidade financeira, como também uma alta qualificação do pessoal, quer ao nível da formação têxtil quer ao nível da concepção de novos produtos.

O sector dos têxteis técnicos é geralmente segmentado em diversas áreas em função das aplicações concretas:

- Agrotech: agricultura, horticultura, silvicultura e pesca;

- Buildtech: construção e arquitectura;

- Clothtech: componentes funcionais para calçado e vestuário;

- Geotech: geotêxteis e engenharia civil;

- Hometech: produtos usados em casa, incluindo componentes para mobília e pavimentação;

- Indutech: filtros e outros produtos usados na indústria;

- Medtech: higiene e medicina;

- Mobiltech: construção de transportes, equipamento e mobiliário;

- Packtech: embalamento e armazenamento;

- Protech: protecção pessoal e de bens;

- Sporttech: componentes para desporto e lazer.

Fibras utilizadas nos têxteis técnicos

Os têxteis técnicos utilizam uma variada gama de fibras, quer naturais, como o algodão, quer sintéticas, como o poliéster e o nylon, quer artificiais, como a viscose. No entanto, o crescimento das aplicações de têxteis técnicos fez com que os materiais convencionais, maioritariamente aplicados no vestuário e nos têxteis-lar, não fossem suficientes para satisfazer aplicações especiais devido às limitações impostas pelas suas propriedades. Neste contexto, o desenvolvimento de novos tipos de fibras que satisfaçam as aplicações dos têxteis técnicos, sobretudo no domínio da alta tecnologia, é cada vez mais importante.

As fibras de alto desempenho com características superiores para aplicações gerais nos têxteis técnicos são designadas por super fibras. Estas fibras têm uma resistência e módulo que excedem largamente as fibras sintéticas convencionais. São exemplos de superfibras, as fibras de carbono, aramida, flúor, boro, poliacetal, entre outras.

Fios utilizadas nos têxteis técnicos

Os fios são estruturas finas e longas capazes de serem montadas ou entrelaçadas de forma a produzir artigos têxteis como tecidos, malhas, rendas e cordas. Os fios podem ser produzidos directamente a partir de filamentos contínuos ou então fiados de fibras descontínuas.

Os fios de filamento contínuo são aqueles que possuem estrutura mais simples podendo ser sujeitos a modificações com o objectivo de alterar a sua voluminosidade, textura, extensibilidade e outras propriedades. Os fios de fibras descontínuas possuem a complexidade adicional devida às descontinuidades existentes nas pontas das fibras. Existem diferenças importantes entre os vários tipos de fios dependendo do sistema de fiação utilizado.

Na maioria dos casos a coesão dos fios é obtida por torção. No caso dos filamentos contínuos a torção dá ao fio uma certa coesão e unidade, evitando a sua separação. No entanto, o objectivo principal é dar-lhe uma certa resistência à abrasão, fadiga e outros tipos de deterioração associados a tensões, com excepção da resistência à tracção. Os processos mais importantes de fabricação têxtil têm o objectivo de produzir estruturas coesas que possuam o máximo de flexibilidade ou o mínimo de resistência a tensões em flexão e também a tensões em compressão e tensões de curvatura, mantendo porém a resistência à tracção das fibras originais que a constituem.

As dimensões e detalhes estruturais dos fios são obtidos principalmente a partir do número do fio e da torção. Estes factores são extremamente importantes na concepção de estruturas têxteis, sendo em grande parte responsáveis pela aparência e pelo comportamento dos vários tipos de fios e tecidos.

O número do fio é uma expressão numérica que define a sua espessura. Devido às variadas formas da secção dos fios e às suas irregularidades, o diâmetro do fio não é o parâmetro mais indicado para exprimir a finura. Por conseguinte, e como alternativa mais plausível, a finura de um fio é normalmente designada pelo seu número.

A torção dos fios é o número de voltas por unidade de comprimento do fio (voltas/m). A disposição em espiral dos componentes de um fio, ou torção, resulta normalmente da rotação relativa das extremidades do fio. O sentido da torção nas várias fases de produção é indicado pelas letras S e Z, de acordo com a seguinte convenção:

• um fio simples tem torção S, quando colocado na vertical, as fibras se inclinam em relação ao eixo do fio de acordo com a parte central da letra S;

• um fio simples tem torção Z, quando colocado na vertical, as fibras se inclinam em relação ao eixo do fio de acordo com a parte central da letra Z.

Filamentos contínuos

Os filamentos contínuos resultam da extrusão de um polímero através de um orifício, podendo o polímero encontrar-se em fusão, sendo posteriormente arrefecido, ou em solução sendo o solvente posteriormente eliminado. A espessura de um filamento contínuo é normalmente medida pela sua densidade linear, que é normalmente expressa em Denier (massa de um comprimento de 9000 metros), ou em Decitex (dtex) (dez vezes a massa de um comprimento de 1000 metros).

A produção de fios de filamentos contínuos é conseguida a partir da junção do número de filamentos individuais necessário à obtenção do título desejado. Estes fios apresentam uma torção mínima, variando entre O e 6.35 voltas/ cm, que é suficiente para manter a integridade do fio. A maior parte destes fios são comercializados com um acabamento por resinas que protege os filamentos dos danos provocados pela abrasão. A resina, em valor inferior a 1% do peso dos filamentos, pode ou não ser solúvel em água. Por outro lado, pode também adicionar-se aos fios um produto lubrificante, no sentido de diminuir o atrito entre este e os componentes das máquinas onde vai ser processado.

A uniformidade dos filamentos e a inexistência de fibrilas à superfície fazem com que estes fios sejam particularmente lustrosos e macios. Estas propriedades apresentam vantagens na produção de determinados tecidos, sendo no entanto necessário um elevado grau de uniformidade tanto dos fios como dos filamentos. Mesmo as menores irregularidades provocam defeitos nos tecidos através da alteração do lustro, cor de tingimento, torção e do espaçamento entre os fios. Este problema reflecte-se igualmente na formação das bobinas de fios de filamentos contínuos. O alongamento excessivo no início ou no fim de uma bobina pode resultar em defeitos visíveis. Os fios produzidos com fibras cortadas, sendo menos uniformes, conseguem esconder melhor as irregularidades, eliminando o perigo de se produzirem tecidos defeituosos, devido a este factor.

Fios de fibras descontínuas

A obtenção de fios a partir de fibras descontínuas (cortadas) é conseguida a partir do processo de fiação. Sob a designação de fiação, entende-se o conjunto das operações necessárias à transformação de fibras têxteis (em rama) em fios. Existe uma grande variedade de fibras que podem ser utilizadas para este fim, contudo apenas um número limitado de fibras são utilizadas industrialmente. As características físicas das fibras, como o comprimento, a finura, a resistência, a elasticidade e a flexibilidade, são factores determinantes do tipo de tecnologia a utilizar.

O processo de fiação completo pode compreender três aspectos que podem ou não coexistir simultaneamente:

- limpeza, abertura e homogeneização da matéria prima, - regularização e redução da massa por unidade de comprimento, e - coesão da massa fibrosa linear.

A fiação propriamente dita é a fase final do processo de produção de fios a partir de fibras descontínuas. Em qualquer método de fiação é ne¬cessário utilizar três mecanismos principais para transformar os aglomerados de fibras em fios. Estes são: mecanismo de estiragem, mecanismo de coesão das fibras e mecanismo de enrolamento. O primeiro garante a redução da massa fibrosa até ao número (título) desejado; o segundo, produz forças de coesão para manter as fibras no fio, proporcionando a resistência desejada; o terceiro, envolve o enrolamento do fio produzido no suporte mais adequado.

Cabos e cordas

A matéria prima de base na produção de cabos e cordas são normalmente as poliolefinas, polipropileno e polietileno, que proporcionam as características de desempenho requeridas para as aplicações deste tipo de materiais têxteis. Para além desta matéria prima, são também utilizadas as fibras naturais, nomeadamente o sisal.

Os cabos e as cordas podem ser classificados da seguinte forma:

Cordéis - são produtos têxteis lineares produzidos com fios singelos ou torcidos ou com fitas torcidas. Normalmente não apresentam qualquer acabamento, sendo usados principalmente na embalagem e empacotamento;

Cabos - são produtos têxteis lineares de pequeno comprimento com extremidades com diferentes configurações. A extremidade pode por exemplo comportar um gancho ou outro acessório;

Cordas - são produtos têxteis lineares de pequeno diâmetro (maior que 10 mm), produzidos a partir de fitas estreitas ou, como as próprias fitas, de fios ou de cordões de fibras naturais ou não-naturais. As cordas são normalmente comercializadas com um acabamento superficial especial, sendo polidas, tingidas, cortadas em diferentes comprimentos ou produzidas com algumas características particulares em função da aplicação em vista. As cordas podem ser produzidas por entrançamento, por ligação por torção ou pela técnica de envolvimento de uma parte central têxtil.

As propriedades físicas, mecânicas e químicas das cordas e dos cabos são determinadas pelas propriedades da matéria prima utilizadas na sua produção. Estas matérias primas podem ser fibras naturais, como o sisal, a juta ou cânhamo, ou fibras não naturais como a poliamida, o poliéster e as poliolefinas. As características de desempenho das cordas e cabos são, também, influenciadas pelo método de produção utilizado, o grau de torção, o número de fitas e por outros factores. Os recentes progressos no desenvolvimento de cordas e cabos de fibras não naturais fizeram com que estes materiais encontrassem novas aplicações em diferentes sectores, sendo de realçar a substituição dos cabos de aço. Também a aplicação de novos acabamentos de superfície fez aumentar o desempenho deste produtos, o seu tempo de serviço e gama de aplicações.

Estruturas utilizadas nos têxteis técnicos

As estruturas têxteis têm grande importância nos têxteis técnicos. Até ao presente momento, as quatro principais tecnologias têxteis que têm sido utilizadas na produção de têxteis técnicos são a tecelagem, a tricotagem, as técnicas de produção de não-tecidos e as técnicas de entrançamento. Além destas, o enrolamento filamentar e a pultrusão, são também utilizadas.

Para cada tipo de tecnologia têxtil existe um elevado número de estruturas para aplicação nos têxteis técnicos, desde estruturas convencionais até novas estruturas. A escolha da estrutura mais adequada a cada tipo de aplicação depende principalmente do conjunto das restrições impostas pela própria aplicação em si, bem como de factores de natureza financeira.

Estruturas convencionais

As estruturas têxteis convencionais são produzidas por técnicas de tecelagem, tricotagem, entrançamento ou não-tecidos e são utilizadas maioritariamente nos produtos têxteis tradicionais, como o vestuário e os têxteis-lar, ou em acessórios para a produção destes. Actualmente, estas estruturas são igualmente utilizadas em aplicações técnicas diferentes do vestuário ou dos têxteis-lar

Os tecidos

A tecelagem é a técnica mais antiga de produção de estruturas têxteis. A ideia de entrelaçar fios para formar tecidos vem desde a pré-história e o tear foi provavelmente inventado em muitos sítios, em várias alturas. Os tecidos são estruturas têxteis planas produzidas pelo cruzamento ortogonal de dois sistemas de fios - a teia e a trama. A teia encontra-se posicionada na direcção do comprimento do tecido e a trama na direcção da largura do tecido.

Existem variadíssimas possibilidades de criar entrelaçamentos entre os fios de teia e os fios de trama, dando origem a diferentes estruturas. Contudo, a maior parte derivam de três estruturas fundamentais: tafetá, sarja e cetim .

Estas três estruturas são distinguidas pela frequência de entrelaçamento e pelo grau de endireitamento dos fios. O tafetá tem a maior frequência de entrelaçamento dos fios enquanto que o cetim tem a menor frequência de entrelaça¬mento dos fios, encontrando-se a sarja entre os dois. Consequentemente, o tafetá tem o maior grau de integridade estrutural e melhor maleabilidade através do frisado produzido pelo entrelaçamento dos fios. Por outro lado, o cetim apresenta o maior grau de transferência de resistência das fibras para a estrutura e eficiência do módulo de translação através do seu baixo nível de entrelaçamento e elevado grau de endireitamento dos fios. O baixo grau de integração dos fios no cetim, permite também liberdade da mobilidade dos fios que contribui para a grande densidade e consequentemente para o ele¬vado grau de volume das fibras.

Os tecidos encontram múltiplas aplicações no vestuário e têxteis-lar. A utilização de tecidos convencionais em aplicações técnicas é limitada pelas suas desvantagens, tais como, anisotropia, conformabilidade limitada, fraca resistência a tensões de corte no plano da estrutura, dificuldade de manuseamento das construções abertas e reduzida eficiência da transferência da resistência à tracção das fibras para a estrutura devido ao frisado dos fios.

As malhas

As malhas são estruturas têxteis formadas pelo entrelaçamento de laçadas, sendo geralmente classificadas em duas grandes famílias:

• malhas de trama, produzidas no sentido horizontal a partir de um ou mais fios de trama;

• malhas de teia, produzidas no sentido longitudinal a partir de um conjunto de fios de teia;

As malhas de trama são produzidas em teares de malha de trama, rectilíneos ou circulares, por acção dos elementos tricotadores.

As estruturas produzidas em malhas de trama são muito variadas, no entanto derivam basicamente de 3 estruturas fundamentais: [[jersey]], [[rib]] e ponto esquerdo.

As aplicações técnicas das estruturas de malhas de trama convencionais planas são bastante limitadas pelo facto de estas apresentarem baixa tenacidade como consequência dos fios estarem dispostos na estrutura sob a forma de laçadas. No entanto a introdução de fios de reforço nas direcções desejadas pode eliminar este problema e fazer com que a principal vantagem das malhas de trama, o seu excelente cair, seja aproveitada para aplicações técnicas.

A flexibilidade de produção e a capacidade da nova geração de teares electrónicos para a produção de estruturas com forma podem ser exploradas neste tipo de estruturas para a sua implementação no domínio dos têxteis técnicos.

As malhas de teia são produzidas em teares de malha de teia, sendo formadas pelo entrelaçamento de laçadas produzidas na direcção da teia. Por esta razão, ao contrário das malhas de trama, cada agulha tem que ser alimentada com um fio diferente. As suas propriedades mecânicas são, na maior parte dos casos parecidas com as dos tecidos. De facto, as malhas de teia combinam as vantagens tecnológicas da produção de malhas de trama e dos tecidos.

A tecelagem de malhas de teia é um sistema de produção têxtil bastante flexível, podendo produzir estruturas elásticas ou estáveis, abertas ou fechadas, tubulares ou planas. Esta característica do processo de produção torna estas estruturas apropriadas para aplicações técnicas.

Os entrançados

O entrançamento é um processo têxtil conhecido pela sua simplicidade e versatilidade. Os entrançados são únicos no seu alto nível de conformidade, estabilidade torsional e resistência ao desgaste. Neste processo, são entrelaçados dois ou mais sistemas de fios nas direcções diagonais formando uma estrutura integrada. Os entrançados diferem dos tecidos e das malhas no método de inserção dos fios e na maneira como os fios são entrelaçados.

O entrançamento é possivelmente a tecnologia têxtil mais antiga, no entanto, nunca ganhou um espaço de grande relevo nos sectores do vestuário e têxteis-lar a não ser para a produção de acessórios (cordões, etc.), devido à falta de largura das peças produzidas e à baixa produtividade da operação. Desta forma, os entrançados foram sempre utilizados em grande escala em aplicações técnicas, como cordas para a navegação marítima, começando a ser aplicados em materiais compósitos na década de 1970.

Os não-tecidos

Os não-tecidos são estruturas têxteis produzidas a partir de mantas de fibras ou batts, depositadas de forma orientada, e compactadas por meios mecânicos, térmicos ou químicos. Estas estruturas podem ser aplicadas isoladamente ou em combinação com outros materiais têxteis ou não têxteis, como malhas, tecidos, fios de reforço, camadas de espuma e folhas metálicas. Este tipo de estruturas tem grande importância nos têxteis técnicos, por combinarem a grande facilidade de produção com o baixo custo. São muito utilizadas na indústria automóvel, na fabricação de peças moldadas e em isolamento térmico.

O enrolamento filamentar

O enrolamento filamentar é um processo que permite a obtenção de peças ocas por enrolamento de diferentes reforços impregnados em contínuo por uma resina, sobre um molde. As técnicas de produção podem sofrer alterações de acordo com as dimensões da peça, a forma e os reforços utili¬zados. Este processo produz peças que concorrem directamente com as peças fabricadas em materiais tradicionais como o aço ou outros metais, o fibrocimento, e outros.

As principais vantagens do processo de enrolamento filamentar são: • obtenção de peças com boas propriedades mecânicas devido à grande percentagem de fibra no material compósito e à sua orientação no sentido das forças a aplicar ao material; • não existem limitações relativamente às dimensões das peças a fabricar; • possibilidade de realizar a produção de uma forma contínua; • produção muito fiável e repetitiva com pouca necessidade de mão de obra. Como limitações pode salientar-se que necessita de um número de afinações relativamente elevado e mão-de-obra qualificada. Por outro lado, a cadência de produção é relativamente baixa, sendo necessário, na maioria dos casos, produzir separadamente determinados componentes para a obtenção de um produto acabado (ex.: fabricação de T’s, reduções, válvulas, etc., no caso de uma canalização).

A pultrusão

O processo de pultrusão consiste em “puxar” (to pull = puxar) os reforços impregnadas em resina através de uma fieira ou de um molde. Neste molde dá-se a polimerização da resina ajudada por uma fonte externa de calor, dando lugar à produção de perfis de uma forma contínua. Os perfis podem ser maciços ou ocos, rectilíneos ou curvados, sendo, no entanto, geralmente de secção constante. As vantagens deste processo podem ser resumidas numa produção contínua e elevada, baixa necessidade de mão-de-obra, grande variedade de formas de perfis e grande variedade de propriedades mecânicas em função da natureza e percentagem do reforço utilizado. Como inconvenientes pode destacar-se que é necessário um elevado número de alterações de produto para produto, a afinação da máquina deve ser efectuado por pessoal muito qualificado e a mão-de-obra necessita de formação específica neste processo.

Os têxteis laminados e revestidos

Um tecido revestido é um material têxtil compósito em que as características de resistência são melhoradas pela aplicação de uma composição de polímero adequada. Enquanto que um tecido laminado é uma construção do tipo sandwich formada por uma estrutura têxtil aberta que é fechada entre duas camadas de um elastómero natural ou sintético.

A selecção do tipo de fibra e do tipo de tecido depende do tipo de revestimento requerido e das especificações da utilização final. Estes materiais devem satisfazer normalmente especificações de resistência biaxial, tracção e corte, resistência à abrasão, rigidez, estabilidade dimensional, estabilidade térmica, repelência de água e permeabilidade ao ar. Para satisfazer estes requisitos devem ser escolhidos apropriadamente o tipo de fibra, o tipo de estrutu¬ra têxtil, bem como, os componentes do polímero de revesti¬mento.

Em termos de estrutura têxtil, podem ser utilizados tecidos (tafetá, cetim ou sarja), malhas (malhas de teia ou malhas de trama, devendo nestes casos as ourelas ser resinadas para evitar os desfiamentos) ou não tecidos (ligados por agulhas, termicamente ou por laçadas).

A escolha do tipo de fibra, título do fio e da estrutura determina as propriedades do material revestido. O fio e a estrutura têxtil influenciam a resistência, enquanto que a escolha da fibra determina a capacidade de adesão do polímero ao tecido, uma vez que as características de adesão variam de fibra para fibra. Para algumas aplicações, como fatos de mergulho, é colocado um polímero entre duas camadas de tecido, denominando-se produto laminado por revestimento. Como exemplo de um laminado simples pode referir-se uma construção sandwich formada por um tecido aberto que é fechado entre duas folhas de elastómero termoplástico ou de borracha. O tecido aberto permite a colagem das camadas exteriores nos seus interstícios. Utilizando o processo de laminagem é possível combinar várias camadas de tecido e de outros substratos. Os tecidos laminados e revestidos são utilizados em variadas aplicações técnicas incluindo arquitectura e construção civil, indústria dos transportes, segurança e sistemas de protecção.

Estruturas tridimensionais (3D)

As estruturas têxteis 3D são conjuntos organizados de fibras integrados continuamente com orientação multiaxial. O desenvolvimento de estruturas têxteis 3D data do século XIX. Efectivamente, já em 1898 se sabia que as propriedades interlaminares de corte das correias de transmissão poderiam ser melhoradas por utilização de estruturas multicamada. Subsequentemente, as estruturas multicamada em que o reforço adicional era conseguido por fios dispostos verticalmente em relação às camadas, foram aplicadas numa grande variedade de sectores: correias transportadoras, tapetes e alcatifas. No entanto, a aplicação em grande escala destas estruturas iniciou-se no final da década de1960 respondendo às necessidades da emergente indústria aeroespacial, para a fabricação de materiais capazes de suportar desgastes mecânicos multidireccionais debaixo de condições térmicas extremas. Os primeiros materiais compósitos foram aplicados no início dessa década, sendo reforçados com estruturas biaxiais (2D). Só mais tarde se chegou à conclusão, depois de variados ensaios sobre as estruturas até então aplicadas, que seria necessário utilizar estruturas 3D para solucionar o problema da fraca resistência interlaminar das estruturas 2D. A partir de então, tem sido desenvolvido um grande número de estruturas têxteis 3D capazes de responder às condições mais exigentes de cada utilização. Nestas estruturas incluem-se tecidos, malhas, não-tecidos e entrançados com características diferentes das estruturas convencionais.

O recente incremento do interesse nas estruturas 3D para materiais compósitos é o resultado directo da actual tendência de desenvolvimento do uso dos materiais compósitos nas mais variadas áreas como os automóveis, implantes cirúrgicos, peças de aviões e naves espaciais.

Tecidos 3D

A produção de tecidos tridimensionais envolve a utilização de teares altamente sofisticados. O know-how necessário para a tecelagem de fibras frágeis de alto desempenho usadas em aplicações técnicas tem sofrido uma grande evolução nos últimos anos. Estes desenvolvimentos têm de levar em conta não só os aspectos ligados aos teares, de natureza mecânica, mas também os problemas relacionados com os materiais utilizados.

Os tecidos 3D podem ser divididos em três categorias: tecidos multicamada, tecidos sandwich e tecidos com formas.

Tecidos multicamada

As estruturas multicamada ou multiteia são compostas por vários fios de teia e de trama que formam as diferentes camadas. As estruturas podem ser finas, densas ou produzidas com espaçamento entre as diferentes camadas. As camadas são interligadas por entrelaçamento de fios de teia com os fios de trama das camadas adjacentes, ou por entrelaçamento destes fios entre as camadas da parte superior e inferior. Estes fios de ligação podem também entrelaçar verticalmente, formando um tecido ortogonal.

As estruturas multicamada não necessitam de ter entrelaçamento entre todas as camadas para possuírem todas as vantagens dos tecidos tradicionais. A simples introdução de fios na direcção vertical entrelaçados com as camadas superiores e inferiores proporciona o mesmo tipo de reforço à estrutura 3D que o proporcionado pelo entrelaçamento dos fios num tecido bidimensional.

A estas estruturas pode ser introduzida uma resistência adicionai através da inserção, em cada camada, de fios de enchimento, que permanecem direitos, contribuindo decisivamente para a resistência da estrutura nessa direcção. Os fios de ligação contribuem parcialmente para a resistência da estrutura na direcção em que são inseridos, ao contrário das estruturas ortogonais em que contribuem decisivamente para a resistência da estrutura na direcção da espessura.

Para a produção de tecidos multicamada podem ser utilizadas fibras de alto desempenho como carbono, cerâmicas, aramidas, quartzo ou metálicas. Na maior parte dos ca¬sos são utilizados teares de lançadeira e os fios de teia são colocados em estantes depois de bobinados.

A aplicação dos tecidos multicamada é de particular interesse em todos os casos que envolvam múltiplas camadas de tecido que têm de ser laminados manualmente. As suas primeiras aplicações industriais foram no sistema de escape dos BMW Z1 e em estruturas do AirBus A320. Em ambos os casos a utilização destas estruturas mostrou-se mais económica que a utilização de estruturas de camada simples.

Tecidos “sandwich” ou “spacer”

Os tecidos “sandwich” são produzidos utilizando a mesma técnica de tecelagem de veludos. A estrutura resultante consiste de duas camadas, inferior e superior, interligadas por fibras verticais, que no caso dos veludos são corta¬das o que não acontece nas estruturas sandwich.

A principal vantagem da utilização desta estrutura é o facto das fibras que formam a parte central, e que determinam a característica tridimensional, ligarem as duas estruturas, superior e inferior, impedindo a delaminação. A técnica de produção destas estruturas é muito versátil pois a densidade dos fios de ligação pode ser alterada bem como a estrutura e a relação teia/trama da estrutura.

Tecidos com forma

Dentro desta categoria podem distinguir-se dois tipos de estruturas: tecidos 3D com forma em que as estruturas planares são forçadas a adquirir a forma requerida, e tecidos 3D com forma real baseados na compactação de fios.

Não-Tecidos 3D

As tecnologias usadas na produção de não-tecidos são também utilizadas para a produção de estruturas 3D. Os processos usados para combinar o reforço com a matriz, nos materiais compósitos, são análogos às técnicas de fusão e ligação usadas nos não-tecidos bidimensionais. Torna-se portanto muito fácil obter uma grande variedade de orientações das fibras se não houver a restrição imposta pelo entrelaça¬mento entre elas. Por outro lado, muitos dos não-tecidos 2D que possuem espessura e volume podem ser facilmente agulhados ou tricotados para formar estruturas multicamada. Em geral, apesar de nos não-tecidos pré formados a resistência e a integridade ser menor que a existente nas estruturas produzidas por entrelaçamento de fios, estes podem ser facilmente produzidos com adequado ajustamento para algumas das aplicações.

Neste grupo de não-tecidos 3D incluem-se também os não-tecidos ortogonais 3D, semelhantes aos tecidos, que podem ser produzidos por ordenação de três sistemas de fios, perpendiculares entre si, nas direcções x, y e z. Nestas estruturas não existe entrelaçamento entre os fios de qualquer um dos sistemas, nem entre os fios dos diferentes sistemas, pelo que estas estruturas não podem pertencer à classe dos tecidos.

Malhas 3D

As malhas tridimensionais tanto podem ser produzidas pela técnica de formação de malhas de teia como pela das malhas de trama. No entanto, o seu uso como reforço de materiais compósitos é limitado, uma vez que a formação das laçadas faz com que as estruturas tenham pouca tenacidade. Este problema pode no entanto ser minorado com a inserção de fios de reforço na estrutura, nas direcções em que esta sofrer acção de forcas com maior intensidade.

Por outro lado, a produção de malhas com fibras frágeis, como as de carbono, pode ser bastante problemática devido à flexão exigida para a formação das laçadas. A principal vantagem das estruturas de malha, para utilização em materiais compósitos, é o seu excelente cair ou conformabilidade que excede a de todos os outros tipos de estruturas têxteis. É de notar que esta propriedade é de extrema importância na moldagem de materiais compósitos. Por outro lado, com o aparecimento da nova geração de teares rectilíneos electrónicos para malhas de trama, a produção de malhas com forma adquiriu grande importância.

Malhas de teia “sandwich”

As malhas de teia sandwich, à semelhança dos tecidos “sandwich”, são constituídas por duas estruturas, superior e inferior, ligadas por fios, constituindo uma verdadeira estrutura tridimensional.

Malhas de teia com forma

Em 1986, a Courtaulds anunciou o desenvolvimento de um tear de malha de teia modificado para a produção de estruturas com forma. Nesta máquina, as agulhas são controladas individualmente e postas fora de acção temporaria¬mente durante o processo, podendo-se assim obter malhas com forma.

Em 1987, um construtor italiano, produtor de capa¬cetes de choque, desenvolveu um novo método para acessórios de protecção da cabeça, com o intuito de aumentar a resistência ao impacto bem como aumentar o nível de auto¬mação do processo. O processo, chamado Fibernet, é base¬ado na tricotagem de gorros de aramida que são forçados a tomar a forma de um chapéu numa cabeça simulada. Seguidamente é colocado num molde sendo a cavidade impregnada com resina de poliéster. Este é um método que explora nitidamente o bom cair das estruturas de malha.

Malhas de trama sandwich

A principal vantagem da utilização desta técnica é o facto de se poder variar o tipo de ligação entre as camadas exterior e interior, podendo efectuar-se esta ligação por intermédio de fios ou através de estruturas. No primeiro caso, tal como nas estruturas sandwich produzidas pelas técnicas anteriormente apresentadas, a espessura do material é limitada devido à pequena variação que se pode efectuar no espaçamento existente entre as duas bancadas do tear. A solução para produzir estruturas sandwich com espaçamento maior entre a estrutura superior e inferior no mesmo processo consiste em utilizar estruturas para efectuar a ligação. Neste caso, a técnica de tricotagem depende não só das estruturas de ligação utilizadas mas também das direcções de ligação. As estruturas de ligação podem ser perpendiculares, inclinadas ou com outro formato relativamente às duas estruturas independentes, podendo ser produzidas em jersey, rib ou interlock.

Malhas de trama com forma

Os teares de malhas de trama são tradicionalmente usados na produção de vestuários exterior e interior. No entanto, a utilização de teares rectilíneos electrónicos que combinam a selecção individual das agulhas com a acção do calcador e das platinas de retenção, fazem com que esta técnica possua grande capacidade para a produção de estruturas com forma.

Para a tricotagem de formas, neste tipo de teares, é possível utilizar 3 técnicas: 1. usando combinações de diferentes estruturas; 2. usando diferentes comprimentos de laçadas; 3. alterando o número de agulhas em operação de fileira para fileira.

Não é difícil obter formas 3D combinando diferentes estruturas quando se tricota uma fileira de malha, uma vez que estruturas diferentes possuem diferentes formas geométricas sob condições em que o título dos fios e o comprimento das laçadas são os mesmos. No entanto, será necessário notar que esta técnica não é viável nos casos em que a estrutura necessite de propriedades homogéneas em todas as partes porque cada zona tricotada com diferentes estruturas apresenta propriedades distintas.

Entrançados 3D

Os entrançados são mais limitados, em termos da sua secção transversal, que os outros tipos de estruturas têxteis, devido à técnica de produção utilizada. O diâmetro das peças produzidas por entrançamento é relativamente reduzido. A razão para esta limitação tem a ver com o facto do processo de entrançamento utilizar bobinas em constante movimento, sendo o comprimento da peça limitada pela capacidade máxima das bobinas.

Entrançados circulares

Os entrançados circulares são produzidos numa forma compacta ou tubular. Os tubos, as fitas e os cabos são entrançados utilizando uma técnica muito antiga, em que as bobinas se movimentam em dois caminhos, sendo os fios correspondentes puxados até um ponto central, denominado ponto de entrançamento, para formar o entrançado. O entrançamento é conseguido alternando o movimento das bobinas do centro para a periferia do percurso. As aplicações típicas dos entrançados circulares são peças desportivas (raquetes de ténis, skis, quadros de bicicletas, aros de volantes, etc.), engenharia médica (implantes humanos), engenharia geral e elementos de baixo peso (tecnologia de produção de robots e engenharia aeroespacial). Os entrançados tubulares são também muito usados em componentes de máquinas.

Entrançados 3D compactos

Estes entrançados são estruturas sem cavidades e, em oposição aos entrançados circulares em que os fios são dispostos na superfície de um molde, os fios podem ser dispostos no centro do entrançado. As primeiras técnicas de produção foram apresentadas nos Estados Unidos e em França no início dos anos 70. Actualmente, a técnica permite a produção de entrançados com as mais variadas formas.

Estruturas orientadas direccionalmente

Este tipo de estruturas são bidimensionais mas possuem a particularidade de os fios de reforço poderem ser dispostos na estrutura de fundo segundo as direcções principais das forças que são aplicadas ao material. Desta maneira, pode conceber-se um conjunto de estruturas com reforço na direcção desejada, de acordo com a aplicação em vista. Esta técnica de reforço das estruturas é muito utilizada em malhas, sobretudo nas de teia, porque estas apresentam baixa tenacidade devido ao facto de os fios se encontrarem sob a forma de laçadas.

As estruturas orientadas direccionalmente podem ser classificadas de acordo com o número de direcções em que os fios de reforço são inseridos. Assim, temos: - estruturas monoaxiais (com reforço à teia ou com reforço à trama); - estruturas biaxiais (com reforço à teia e à trama, ou com reforço nas diagonais); - estruturas triaxiais (com reforço à teia e nas diagonais, ou à trama e nas diagonais); - estruturas multiaxiais (com reforço à teia, à trama e nas diagonais).

Tecidos triaxiais

Os tecidos triaxiais foram desenvolvidos por Norris Dow no início dos anos 70, com o objectivo de produzir uma estrutura que pudesse eliminar o inconveniente provocado pelo facto de os tecidos convencionais não possuírem resistência na direcção diagonal, podendo portanto perder a sua forma quando as forças são aplicadas nessa direcção. Os tecidos triaxiais são estruturas com 3 sistemas de fios fazendo normalmente um ângulo de 60° entre si.

A concepção de estruturas triaxiais com o mesmo ta¬manho e número de fios nas três direcções leva à obtenção de uma estrutura isotrópica, ou seja, com resistência e rigidez iguais em todas as direcções. Por outro lado, a inserção de um terceiro sistema de fios permite a obtenção de uma estrutura com propriedades nunca conseguidas anteriormente:

1. Propriedades estruturais: com a existência de 3 sistemas de fios na estrutura foi possível, pela primeira vez, projectar as características de resistência e rigidez desejadas, numa só camada. Desta maneira, podem conceber-se estruturas com propriedades iguais em todas as direcções ou com propriedades diferentes em cada uma das direcções, de maneira a satisfazer as especificações impostas pela aplicação;

2. Estabilidade do tecido: o terceiro fio pode ser utilizado para obter uma boa estabilidade, bem como, uma grande resistência à abrasão e à tracção, mesmo em estruturas abertas;

3. Características adicionais: o posicionamento dos 3 sistemas de fios pode levar à obtenção de estruturas com variadas densidades e porosidades, com um sistema de fios rectilíneo e sem frisado, se desejado, ou com um sistema de fios encoberto numa ou nas duas faces da estrutura.

Malhas de teia mono e biaxiais

A tecnologia de produção de malhas de teia pode conceber estruturas mono, bi, tri e multiaxiais, acrescentando alguns mecanismos aos teares convencionais. As estruturas biaxiais são formadas pela inserção de fios de teia e fios de trama na estrutura, e a sua resistência a tensões de corte é muito considerável.

Algumas vantagens das malhas de teia mono e biaxiais: 1. Ao contrário dos tecidos, os fios encontram-se perfeitamente rectilíneos e paralelos. Desta maneira, as propriedades dos fios são totalmente aproveitadas para suportar as forças no plano, a estrutura apresenta elevado módulo e a concepção da estrutura é simples podendo as propriedades ser pré-calculadas. 2. Podem ser utilizados todos os tipos de fios, desde os fios de baixa torção até aos fios de elevado módulo

Malhas de teia multiaxiais

As malhas de teia multiaxiais são estruturas reforçadas com quatro sistemas de fios: teia (90°), trama (0°) e dois diagonais (+45° ou -45°), formando-se uma estrutura multicamada com excelente resistência em várias direcções. Nesta estrutura, os fios de reforço formam camadas de fios sem qualquer entrelaçamento entre eles, sendo apenas seguros pelas laçadas. Para a tricotagem devem utilizar-se fios flexíveis de maneira a formarem as laçadas (poliéster ou nylon), enquanto os fios de reforço podem ter maior rigidez, podendo utilizar-se fios de alto desempenho.

As vantagens das estruturas multiaxiais são:

1. Grande resistência à tracção em todas as direcções;

2. Grande resistência ao rasgo, que é já específica das estruturas biaxiais, sendo substancialmente melhorada pela introdução dos fios diagonais;

3. O ângulo de inserção dos fios diagonais pode sei determinado desde 30 a 60°;

4. Podem ser escolhidos tipos e títulos diferentes para cada um dos sistemas de fios;

5. Os fios diagonais proporcionam um reforço perfeito contra as tensões de corte;

6. As estruturas multiaxiais não se deformam por aplicação de forças diagonais;

7. Os fios diagonais incrementam a resistência ao rasgo.

Malhas de trama multiaxiais

Neste caso, os fios de reforço (trama, teia e diagonais: o ângulo dos fios diagonais pode variar entre 30 e 60°) são introduzidos camada após camada sem qualquer entrelaçamento entre elas sendo apenas seguras pela estrutura de fundo (malha de teia). Isto pode representar uma vantagem quando são aplicadas forças no plano da estrutura, uma vez que a não existência de frisado nos fios de reforço possibilita a utilização de todo o seu potencial de resistência. No entanto, a não existência de entrelaçamento entre os fios de reforço resulta na diminuição da resistência do material ao impacto. Este problema limita as suas aplicações quando é requerida grande resistência à delaminação para uma determinada aplicação.

Estruturas híbridas

A ideia de base da fabricação destas estruturas é a combinação de propriedades de duas estruturas fabricadas sob forma de compósito numa só operação. Obtém-se desta maneira um efeito de sinergia de propriedades, em que cada uma das estruturas contribui com as suas propriedades para a obtenção de uma estrutura com propriedades melhores que cada uma das componentes.

Em todos os outros processos de fabricação têxtil, as estruturas componentes são produzidas separadamente e depois juntas por colagem, soldadura ou costura. Graças à técnica de tricotagem de teia é possível ligar não-tecidos com malhas orientadas direccionalmente numa só operação. Esta ligação efectua-se exclusivamente no ponto de cruzamento das laçadas; desta maneira a amplitude de trabalho da malha é totalmente preservada e o não-tecido conserva as suas características.

As propriedades de um não-tecido podem ser sucessivamente melhoradas por um reforço estrutural, obtendo-se altos níveis de resistência à rotura e ao desenvolvimento de rasgos. Comparando com um tecido, um não-tecido reforçado biaxialmente, para além de cerca de metade do consumo têxtil (do qual 2/5 para a estrutura e 3/5 para o não-tecido) pode atingir uma resistência ao desenvolvimento de rasgos cerca de 20% superior. A estrutura suporta integralmente a função de absorção da carga, que corresponde à resistência dos fios nas direcções das linhas de força da estrutura escolhidas para cada caso. O não-tecido assegura a cobertura da superfície e o volume desejado. No caso de suportes de indução, o não-tecido aumenta o poder de adesão e, graças ao efeito capilar, acelera a repartição regular da pasta de isolamento. Para produtos destinados à cobertura de telhados, o não tecido, serve para isolamento térmico.

Nos geotêxteis o não tecido tem a função de filtro e a estrutura assegura a absorção de cargas. Os não-tecidos reforçados com malhas orientadas direccionalmente podem ser fabricados com reforço monoaxial, biaxial e multiaxial.

Estas estruturas podem ser utilizadas em suportes de indução e estratificação para os mais variados domínios: geotêxteis com efeito de filtração, estruturas filtrantes e aplicações médicas. Por outro lado, estas estruturas híbridas podem ser aplicadas como reforço de materiais compósitos para naves aéreas e espaciais, assim como para a construção de veículos e máquinas terrestres.

Referências bibliográficas

Araújo, Fangueiro, Hong - “Têxteis Técnicos - Materiais do Novo Milénio”, Braga(2000)

Fonte: http://pt.wikipedia.org