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Title: Efeitos das condições de processamento nas propriedades viscoelásticas e na capacidade de absorção de energia de compósitos laminados
Authors: Villena, John Edward Neira
Keywords: Compósitos;Absorção de energia;Viscoelasticidade;Processamento
Issue Date: 12-Jun-2008
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: VILLENA, John Edward Neira. Efeitos das condições de processamento nas propriedades viscoelásticas e na capacidade de absorção de energia de compósitos laminados. 2008. 246f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2008.
Portuguese Abstract: A capacidade de absorção de energia específica (ES) dos materiais compósitos poliméricos tem despertado grande interesse pelo potencial que oferece para a melhoria da segurança dos ocupantes de veículos e aeronaves em caso de acidentes. Esta propriedade tem sido relacionada com fatores como o tipo de fibra, tipo de matriz, disposição das fibras, fração volumétrica de fases constituintes, orientação das lâminas, geometria da amostra, presença de mecanismo iniciador de falha progressiva e velocidade de esmagamento. No presente trabalho estudou-se o efeito das condições de processamento (com ou sem aplicação de vácuo) na capacidade de absorção de energia específica e nas propriedades viscoelásticas de compósitos de matriz polimérica. Perfis vazados de seção transversal quadrada foram confeccionados utilizando tecido bidirecional de fibra de vidro tipo E (0/90) e três tipos resinas: epóxi, poliéster ortofitálica e ester vinílica. Os perfis foram produzidos pelo processo de laminação manual, e a influência da aplicação de vácuo, durante o processo de fabricação, nas propriedades dos compósitos foi investigada. A capacidade de absorção de energia foi medida por meio de ensaios de compressão axial. Análises Dinâmico-Mecânicas foram também realizadas para determinar as propriedades viscoelásticas dos compósitos. De acordo com os resultados, foi verificado que a aplicação de vácuo provocou um aumento no módulo de armazenamento (E’) relacionado com o aumento da fração de volume de fibras. A correspondente redução de fração de volume de matriz reduziu a resistência interlaminar do compósito, provocando uma maior dissipação de energia e aumentando o módulo de perda (E”). Observou-se também uma clara correlação entre a aplicação de vácuo e uma redução na intensidade do pico de tan d. Foi observado que a redução de fração de volume de matriz na região interlaminar facilitou a formação de trincas interlaminares resultando na redução da ES. Variações na capacidade de absorção de energia específica associadas com aplicação de vácuo foram relacionadas com as alterações observadas nos parâmetros viscoelásticos do material. Por fim, as informações produzidas neste trabalho permitiram verificar a possibilidade de se utilizar análise dinâmico-mecânica como uma ferramenta de desenvolvimento e controle de materiais e processos que visem à produção de estruturas de compósitos voltadas para aplicações que exijam elevada capacidade de absorção de energia.
Abstract: Specific energy absorption capability (ES) of polymer matrix composite materials has been a topic of great interest due to their potential to be tailored to improve protection to passengers in vehicles and aircrafts in case of accidents. This property has been related to fiber and matrix properties, fiber orientation, volume fraction of constituent phases, laminae orientation, geometry of the samples, the presence of trigger mechanisms and loading speed. In this research, the effects of processing conditions (with or without vacuum) on the specific energy absorption capacity and on the viscoelastic properties of polymer composites were investigated. Tubes were fabricated using plain weave E-glass fabric (0/90) and three types of resin: epoxy, polyester and vinyl ester. Tubes were produced by mandrel wrapping and the influence of the application of vacuum during processing on the composite properties was investigated. Compression tests were carried out for the determination of the specific energy absorption capability. Dynamic mechanical analysis was also used to perform viscoelastic characterization of the composites. Test results indicated that vacuum processing produced an increment on storage modulus (E’), which was related to an increase in fiber volume fraction. The corresponding decrease in matrix volume fraction reduced the interlaminar strength and increased energy dissipation, thus increasing the loss modulus (E”). A relation between vacuum processing and a reduction in the intensity of the tan d peak was also verified. It was also observed that the reduction in interlaminar strength facilitated interlaminar crack growth, thus reducing ES. Changes in specific energy absorption capability associated with vacuum processing were related to alterations on the material viscoelastic parameters. Ultimately, this work assessed the feasibility of the use of dynamic mechanical analysis as a tool for the development and process related quality control of materials for crashworthiness applications.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27551
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