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PREPREG DE FIBRA DE VIDRO COM GRAFENO��OTIMIZANDO OS COMPÓSITOS E CRIANDO ESTRUTURAS INTELIGENTES

Desenvolvimento do TEXIGRAPH – Prepreg de fibra de vidro com grafeno

Resultados e possibilidades para melhorias das propriedades em relação aos compósitos convencionais

Painel Aeronáutico – FEIPLAR 2026

Luís Fernando Tomasi Barbi

Gerente Comercial

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QUEM É A TEXIGLASS?

Empresa brasileira de 40 anos, fundada em 1986 e sediada em Vinhedo/SP

Início Prepreg Fibra de vidro + Resina Fenólica

Fabricação de tecidos e materiais de reforços em linha (+ aramida e fibra de carbono)

+ 700 desenvolvimentos até hoje

Associada: ALMACO, SAMPE e ABIFIBRA

Maior linha de reforços da América Latina

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O QUE FAZ A TEXIGLASS?

Tecelagem de fibra de vidro, fibra de carbono e aramida

Retorção, texturização, acabamentos especiais em filamentos

Pultrusão de perfis e barras poliméricas (FC/FV)

Cordas, mangas e tranças tubulares

Impregnação de fios, cabos e tecidos

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E o que a Inovação tem a ver com os compósitos?

Tudo? Nada?

Será que a Texiglass estará vendendo o mesmo produto daqui a 10 anos?

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Seu maior cliente hoje, será o mesmo daqui a 10 anos?

Texigraph

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TEXIGRAPH – PREPREG COM GRAFENO

  • OBJETIVO: ADICIONAR MELHORIAS EM RELAÇÃO AOS COMPÓSITOS CONVENCIONAIS

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  • ROTAS DE TRABALHO, MORFOLOGIA E FUNCIONALIZAÇÃO

  • ENSAIOS: TÉRMICOS E MECÂNICOS

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  • PRÉ-IMPREGNAÇÃO EM ESCALA SEMI-INDUSTRIAL

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  • FABRICAÇÃO E ENSAIO DO COMPÓSITO

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ROTAS DE TRABALHO

DISPERSÃO DO GRAFENO NA RESINA EPÓXI - MORFOLOGIA

Morfologia das partículas em diferentes ampliações (a–d).

Microscopia eletrônica de varredura

Espectros Raman

Comparação com materiais de referência (a) e espectros das regiões analisadas (b–e).

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TEXIGRAPH

DISPERSÃO DO GRAFENO NA RESINA EPÓXI – MORFOLOGIA

Análise térmica – TGA/DTG

Perda de massa (TGA) e derivada (DTG) em função da temperatura.

Análise dos resultados

Conclusão: Este material se encaixa como um material grafênico com número de camadas inferior a 10, resultado compatível com as curvas RAMAN apresentadas anteriormente

  • A presença de dois picos de degradação sugere que o material apresenta número de camadas variados;
  • Pico a 583˚C: grafeno com número de camadas maior que 10;
  • Pico a 648˚C: grafeno com número de camadas inferior a 10.

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TEXIGRAPH

DISPERSÃO DO GRAFENO NA RESINA EPÓXI - ETAPAS

→

→

→

Teores avaliados

0,01%; 0,05%; 0,1%; 0,5% e 1,0% em massa de grafeno.

Arquitetura do laminado

Tecido de fibra de vidro impregnado manualmente com resina epóxi nanoestruturada.

Cura

Ciclo térmico: 2 h a 90 °C + 10 h a 140 °C.

Obtenção de placas planas para validação da rota

Material adequado para caracterização posterior

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DISPERSÃO DO GRAFENO NA RESINA EPÓXI - INCORPORAÇÃO

Problema técnico

A resina epóxi apresenta viscosidade elevada; dispersar grafeno diretamente pode gerar mistura não homogênea.

Solução adotada

Pré-dispersão do grafeno em solvente, seguida de incorporação na resina e remoção controlada do solvente.

Critério de avaliação

Comparação entre as temperaturas de transição vítrea obtidas pela análise de DMA.

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DISPERSÃO DO GRAFENO NA RESINA EPÓXI – INCOPORAÇÃO 0,5%

Microscopia eletrônica de varredura

Microscopia eletrônica de varredura do compósito de matriz epóxi reforçado com grafeno em duas regiões distintas (a) região 1 e (b) região 2.

Análise dos resultados

  • Concentracão das partículas: 0,5% em massa;
  • Resultados em duas regiões distintas da resina nanoestruturada preparada;
  • Partículas com formato lamelar, compatível com placas grafênicas;
  • Distribuição adequada na matriz epóxi, com formação reduzida de aglomerados.

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​

Conclusão: A qualidade da dispersão sustentou a decisão de produzir laminados e avaliar propriedades mecânicas.

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DISPERSÃO DO GRAFENO NA RESINA EPÓXI – INCOPORAÇÃO 0,5%

Análise dos resultados

  • Aumento da estabilidade térmica da resina nanoestruturada em relação à matriz;
  • A incorporação do grafeno proporciona um melhor controle das reações exotérmicas durante a cura do material
  • Aumento da rigidez da resina mediante a adição de grafeno;
  • Grafeno promove mecanismos para melhor controle da cura da resina.

Conclusão: A presença do grafeno altera a resposta térmica sem inviabilizar o processamento.

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Análises térmicas: TGA, DSC, DMA e TMA

Análises térmicas de (a) TGA; (b) DSC; (c) DMA e (d) TMA para epóxi pura e para resina nanoestruturada.

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TEXIGRAPH

CARACTERIZAÇÃO DOS LAMINADOS COM DIFERENTES TEORES DE GRAFENO

Ensaio de Ultrassom

Branco

0,01%

0,05%

0,1%

0,5%

1,0%

Microscopia óptica

Ultrassom

  • Laminado branco: consolidação satisfatória com regiões apresentando variação de amplitude (áreas em azul, vermelho, verde e amarelo): Indica maior heterogeneidade interna;
  • Incorporação de grafeno em altas concentrações (0,5 e 1,0%) produz laminados mais heterogêneos (área azul relativamente contínua)

Microscopia Óptica

  • Boa impregnação das fibras e baixa quantidade de vazios macroscópicos;
  • Ausência de delaminações visíveis;
  • Microscópio óptico não consegue visualizar diretamente a dispersão do grafeno;
  • Não reflete toda a placa manufaturada.

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TEXIGRAPH

CARACTERIZAÇÃO DOS LAMINADOS COM DIFERENTES TEORES DE GRAFENO

Comportamento mecânico: Compressão

Referência

O laminado epóxi/fibra de vidro sem grafeno apresentou resistência à compressão de 240 MPa.

Limite

  • 0,5 e 1,0% em massa não melhoraram a resistência à compressão;
  • Maior concentração de partículas reduziu a propriedade para 203 MPa.

Teor de grafeno otimizado

0,01 e 0,1% em massa aumentaram a resistência à compressão em +9,2% e +7,1%.

Comportamento mecânico: Compressão

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CARACTERIZAÇÃO DOS LAMINADOS COM DIFERENTES TEORES DE GRAFENO

Comportamento mecânico: Compressão

Comportamento mecânico: Cisalhamento interlaminar

Referência

O laminado branco apresentou cisalhamento interlaminar de 42 MPa, valor típico para epóxi/fibra de vidro.

Queda em concentrações mais altas

Concentrações superiores a 0,5% em massa causaram redução expressiva da propriedade.

Melhor resposta

Teores entre 0,01 a 0,1% em massa de grafeno alcançaram aproximadamente 46 MPa, incremento de cerca de 9,6%.

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TEXIGRAPH

CARACTERIZAÇÃO DOS LAMINADOS COM DIFERENTES TEORES DE GRAFENO

Comportamento mecânico: Resistência à tração

Referência

Resistência à tração do laminado branco: 303 MPa.

Resultado chave

Ganhos obtidos

  • 0,01% em massa: 392,7 MPa;
  • 0,05% em massa: 388,2 MPa;
  • 0,1% em massa: 405,2 MPa.

0,1% em massa elevou a resistência em +33,6%, confirmando a eficiência de pequenas adições.

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TEXIGRAPH

FABRICAÇÃO TEXIGRAPH EM ESCALA SEMI INDUSTRIAL (prepreg com grafeno)

Vidro/Epóxi

0,05% grafeno

Comercial

• Método: esfera rolante

• Referência: ASTM D3121-17 adaptada

• Inclinação da rampa: 10°

• Massa da esfera: 4,2 g

Menor distância percorrida pela esfera indica maior tack

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TEXIGRAPH

FABRICAÇÃO DO LAMINADO COM TEXIGRAPH (prepreg)

0,01% grafeno

0,05% grafeno

10 mm

10 mm

Vidro/Epóxi

10 mm

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ROTA 1 — FABRICAÇÃO DO LAMINADO COM TEXIGRAPH (prepreg)

0,01% grafeno

0,05% grafeno

10 mm

10 mm

Vidro/Epóxi

10 mm

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TEXIGRAPH

ROTA 1 — PRODUÇÃO E AVALIAÇÃO DOS PROTÓTIPOS FEITOS COM TEXIGRAPH

Projeto do ferramental

Molde em aço H13 (50 HRC), com cavidade de 556 × 94 mm para conformação do perfil C por laminação manual e prensagem.

Perfil fabricado

Geometria e fidelidade dimensional consistentes com o projeto, validando o processo de conformação nas três formulações.

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TEXIGRAPH

ROTA 1 — PRODUÇÃO E AVALIAÇÃO DOS PROTÓTIPOS FEITOS COM TEXIGRAPH

Projeto do ferramental

Perfil fabricado

Ensaio em execução

Perfil C posicionado no dispositivo de flexão em três pontos, sob carregamento até a falha.

Curva carga versus extensão

Registro em tempo real da curva carga-extensão no software MTS TestSuite, utilizado para o cálculo da resistência e do módulo em flexão.

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TEXIGRAPH

ROTA 1 — RESULTADOS

Síntese dos resultados

Formulação

Flexão

(MPa)

Variação

Módulo

(MPa)

Variação

Epóxi pura

290,8

—

518,6

—

0,01% G

318,5

+9,5%

546,4

+5,4%

0,05% G

279,0

-4,1%

578,6

+11,6%

✔ Rigidez: aumento de até 11,6% com a incorporação de grafeno.

✔ Melhor resistência à flexão: 0,01% de grafeno (+9,5% = 318,5 MPa).

✔ 0,05% de grafeno: maior módulo elástico, porém menor resistência máxima.

✔ Melhor formulação: 0,01% em massa de grafeno, apresentando o melhor equilíbrio entre rigidez e resistência mecânica.

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CONCLUSÃO - TEXIGRAPH

Síntese dos resultados científicos, tecnológicos e de inovação alcançados

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Objetivos alcançados

Consolidou-se uma plataforma nacional para obtenção de resinas nanoestruturadas e prepregs com grafeno, validada da escala laboratorial até a aplicação em ambiente relevante.

Desafios superados

O aumento de custos de matérias-primas e insumos após a pandemia inviabilizou parte da escala semi-industrial; estratégias alternativas preservaram os objetivos técnicos e científicos.

Cooperação e transferência

A rede de cooperação com universidades e institutos de pesquisa foi fortalecida, e a resina desenvolvida já foi comercializada para aplicação em veículos aéreos não tripulados.

Proteção da inovação

A empresa optou pelo segredo industrial para proteger formulações e processos, preservando a vantagem competitiva e o potencial de exploração comercial da tecnologia.

Os recursos investidos pela FINEP contribuíram efetivamente para a geração de conhecimento, a formação de competências tecnológicas e o desenvolvimento de uma tecnologia nacional com elevado potencial de aplicação industrial e geração de valor para o país

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TEXIGRAPH – PREPREG COM GRAFENO�NEXT STEPS

  • FABRICAÇÃO DO 1º LOTE EM ESCALA INDUSTRIAL

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  • INICIAR ESTUDOS COM FIBRA DE CARBONO E ARAMIDA

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  • TESTES/CARACTERIZAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DA FICHA TÉCNICA (TDS)

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  • TESTES EM CLIENTES DE ESCALA RELEVANTE

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AGRADECIMENTOS

Espaço D17