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Title: Efeitos da adição de tecido de fibra de vidro tipo E a um compósito de resina poliéster e tecido de fibra de algodão
Other Titles: Effects of the addition of E-glass fiber fabric to a polyester resin and cotton fiber fabric composite
Authors: Souza, Luiz Guilherme Vieira Meira de
Keywords: Hibridização;Material compósito;Tecido de fibra de algodão;Tecido de fibra de vidro tipo E;Estudo de caracterização
Issue Date: 29-Nov-2018
Citation: SOUZA, Luiz Guilherme Vieira Meira de. Efeitos da adição de tecido de fibra de vidro tipo E a um compósito de resina poliéster e tecido de fibra de algodão. 2018. 130f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Nos últimos anos, a necessidade de novas aplicações, bem como fatores relacionados à degradação ambiental e à utilização de fontes de energia não renováveis, trouxe a demanda por materiais sustentáveis que atendam a propriedades específicas, tais como: baixo peso, custo competitivo e resistência mecânica compatível com cada aplicação. Isso tem impulsionado o desenvolvimento e utilização de materiais compósitos compostos por matrizes poliméricas e cargas de fibras naturais. Porém, vale ressaltar que a utilização desses materiais se dá principalmente em aplicações não-estruturais, uma vez que geralmente as fibras naturais desempenham a função de carga de enchimento. Para contrabalancear essa desvantagem, uma vertente que vem sendo muito buscada é a hibridização da carga desses materiais compósitos, misturando-se as fibras naturais com fibras sintéticas, como a fibra de vidro. Tendo isso em vista, essa pesquisa consistiu em avaliar o efeito da hibridização em um material compósito com matriz de resina poliéster e carga de tecido de fibra de algodão e tecido de fibra de vidro tipo E. Foram selecionadas três configurações para o material compósito proposto: 4TFA+5TFVE, 5TFA+6TFVE e 6TFA+7TFVE, as quais tinham 4, 5 e 6 camadas de tecido de fibra de algodão e 5, 6 e 7 camadas de tecido de fibra de vidro, respectivamente. Foi realizado um estudo de caracterização em cada uma dessas configurações para avaliar densidade, resistência à tração, à flexão e ao impacto, dureza, condutividade e difusividade térmica, calor específico volumétrico, estabilidade térmica e resistência ao envelhecimento natural e à absorção de água. Além disso, os corpos de prova que foram submetidos ao ensaio de tração foram analisados por microscopia eletrônica de varredura, para possibilitar uma identificação dos mecanismos de falha e de possíveis defeitos presentes nos compósitos. Os resultados foram comparados com os de um material compósito não híbrido de mesma matriz, mas com carga de tecido de fibra de algodão apenas, desenvolvido em uma pesquisa presente na literatura. Demonstrou-se a viabilidade técnica do material proposto como material de engenharia, uma vez que todas as configurações estudadas apresentaram densidades semelhantes à da matriz e proporcionaram aumentos nas propriedades mecânicas da resina. Isso confere leveza e representa um amplo potencial de aplicabilidade, como a pá eólica que foi fabricada nesse estudo para atestar a processabilidade do material. Dentre as configurações estudadas, a que mais se destacou foi a 6TFA+7TFVE, por conferir maiores resistências mecânica à matriz, principalmente a resistência ao impacto, a qual foi aumentada em mais de cinco vezes. O compósito híbrido apresentou maior resistência mecânica do que o compósito não híbrido, o que atestou a eficiência do processo de hibridização em suprir a deficiência mecânica das fibras naturais.
Abstract: In recent years, the need for new applications, as well as factors related to environmental degradation and the use of non-renewable energy sources, has brought the demand for sustainable materials that meet specific properties such as: low weight, competitive cost and mechanical resistance compatible with each application. This has driven the development and use of composite materials composed of polymer matrices and natural fiber fillers. However, it is worth mentioning that the use of these materials occurs mainly in non-structural applications, since natural fibers generally play the role of filler. To counterbalance this disadvantage, one aspect that is being sought is the hybridization of the load of these composite materials, mixing natural fibers with synthetic fibers such as glass fiber. Taking this into account, this research consisted of evaluating the effect of hybridization in a composite material with a polyester resin matrix and load of cotton fiber fabric and E-glass fiber fabric. Three configurations were selected for the proposed composite material: 4TFA+5TFVE, 5TFA+6TFVE and 6TFA+7TFVE, which had 4, 5 and 6 layers of cotton fiber fabric and 5, 6 and 7 layers of fiberglass fabric, respectively. A characterization study was carried out in each of these configurations to evaluate density, tensile, flexural and impact strength, hardness, thermal conductivity and diffusivity, specific volumetric heat, thermal stability and resistance to natural aging and to water absorption. In addition, the specimens that were submitted to the tensile test were analyzed by scanning electron microscopy, to enable an identification of the fault mechanisms and possible defects present in the composites. The results were compared with those of a non-hybrid composite material of the same matrix, but with cotton fiber fabric load only, developed in a research found in the literature. The technical feasibility of the proposed material as an engineering material was demonstrated, since all the configurations studied presented density similar to that of the matrix and provided increases in the mechanical properties of the resin. This provides lightness and represents a broad applicability potential, such as the wind turbine that was fabricated in this study to attest the processability of the material. Among the studied configurations, the one that stood out the most was the 6TFA + 7TFVE, because it provided greater mechanical resistance to the matrix, mainly the impact resistance, which was increased more than five times. The hybrid composite presented higher mechanical strength than the non-hybrid composite, which demonstrated the efficiency of the hybridization process to overcome the mechanical deficiency of the natural fibers.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27366
Appears in Collections:PPGEM - Doutorado em Engenharia Mecânica

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