Investigação da capacidade de autorreparo de agente termoplástico em compósito carbono-epóxi
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/55186 |
Resumo: | Houve um crescimento exponencial nos últimos anos de compósitos de matriz polimérica (CMPs) em aplicações de alto desempenho devido a propriedades como alta rigidez, resistência mecânica e baixo peso. Quando em serviço, CMPs estão suscetíveis principalmente a danos mecânicos interlaminares e provenientes da exposição ambiental, levando a alterações de propriedades muitas vezes irreversíveis e o consequente descarte de seus componentes. Os processos de reparo já existentes desses componentes possuem alto custo e demandam tempo, por essa razão surgem estudos alternativos, como o de materiais autorreparáveis, que devem recuperar trincas microscópicas presentes no material antes de uma falha catastrófica. O objetivo deste estudo é investigar a adição de poli (etileno co ácido-acrílico) (EAA) como possível agente de reparo em compósitos de carbono/epóxi, com dano introduzido por cisalhamento interlaminar (ILSS). O laminado compósito foi manufaturado a partir de préimpregnados de carbono-epóxi com adição de agente de reparo no plano médio. Placas com 10% em massa de pó de EAA e sem o termoplástico foram comparadas. Técnicas de caracterização térmica e mecânica foram empregadas antes e após o ciclo de reparo para avaliar a capacidade de autorreparo do sistema, como: Análise termogravimétrica (TGA), calorimetria de varredura diferencial (DSC), resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), análise mecânica dinâmica (DMA), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), e microscopia eletrônica de varredura. Resultados de TGA, DSC e DMA comprovaram a estabilidade térmica do termoplástico nas temperaturas de trabalho, alterações pouco significativas na temperatura de transição vítrea (Tg) e na rigidez do compósito com a adição do agente de reparo. O compósito modificado apresentou também uma recuperação 8% superior da propriedade de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS) quando comparado ao compósito sem agente de reparo. Espectros de FTIR trouxeram indícios de interações químicas positivas entre resina epóxi e EAA. Imagens obtidas com ensaio de MEV mostraram boa adesão superficial entre termoplástico e resina epóxi, com formação preferencial de trincas em planos sem termoplástico, plastificação do plano médio com adição de termoplástico e diferentes mecanismos de reparo atuantes no compósito. |
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Quando em serviço, CMPs estão suscetíveis principalmente a danos mecânicos interlaminares e provenientes da exposição ambiental, levando a alterações de propriedades muitas vezes irreversíveis e o consequente descarte de seus componentes. Os processos de reparo já existentes desses componentes possuem alto custo e demandam tempo, por essa razão surgem estudos alternativos, como o de materiais autorreparáveis, que devem recuperar trincas microscópicas presentes no material antes de uma falha catastrófica. O objetivo deste estudo é investigar a adição de poli (etileno co ácido-acrílico) (EAA) como possível agente de reparo em compósitos de carbono/epóxi, com dano introduzido por cisalhamento interlaminar (ILSS). O laminado compósito foi manufaturado a partir de préimpregnados de carbono-epóxi com adição de agente de reparo no plano médio. Placas com 10% em massa de pó de EAA e sem o termoplástico foram comparadas. Técnicas de caracterização térmica e mecânica foram empregadas antes e após o ciclo de reparo para avaliar a capacidade de autorreparo do sistema, como: Análise termogravimétrica (TGA), calorimetria de varredura diferencial (DSC), resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), análise mecânica dinâmica (DMA), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), e microscopia eletrônica de varredura. Resultados de TGA, DSC e DMA comprovaram a estabilidade térmica do termoplástico nas temperaturas de trabalho, alterações pouco significativas na temperatura de transição vítrea (Tg) e na rigidez do compósito com a adição do agente de reparo. O compósito modificado apresentou também uma recuperação 8% superior da propriedade de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS) quando comparado ao compósito sem agente de reparo. Espectros de FTIR trouxeram indícios de interações químicas positivas entre resina epóxi e EAA. Imagens obtidas com ensaio de MEV mostraram boa adesão superficial entre termoplástico e resina epóxi, com formação preferencial de trincas em planos sem termoplástico, plastificação do plano médio com adição de termoplástico e diferentes mecanismos de reparo atuantes no compósito.Polymer matrix composites (PMCs) present an exponential growth in structural applications due to its distinct advantages such as high stiffness, strength, and low weight. Still, PMCs are susceptible to damage and degradation during service and environmental exposure. Repairing these structures may be costly and timeconsuming, for this reason alternative and promising approaches like adding thermoplastic agents to thermoset matrices emerged to extend PMCs service life. The aim of this study is to investigate poly (ethylene-co-acrylic acid) (EAA) as a self-healing agent in carbon/epoxy composites, where damage is introduced in the material by interlaminar shear strength (ILSS). Composite plates of carbon prepregs laminates were manufactured with hot press mold. Samples containing 10%wt of self-healing agent in the middle plan and prepreg only plates were compared. Thermal and mechanical analysis was employed in order to investigate self-healing capability by comparing properties before and after healing cycles. Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic mechanical analysis (DMA) results showed thermal stability of thermoplastic at working temperatures and slight changes in composite glass transition temperature (Tg) and stiffness with the addition of selfhealing agent. The addition of thermoplastic to the composite material also showed an 8% higher recovery of the interlaminar shear strength compared to the unmodified composite Interlaminar shear strength (ILSS). Fourier-transform infrared (FTIR) spectra indicate good interaction between thermoplastic and epoxy resin. Through the Scanning electron microscopy (SEM) images, it was verified: good adhesion between thermoplastic and epoxy resin, a possible plasticisation effect due to the presence of thermoplastic, and the different healing mechanisms occurring. All results obtained support the self-healing ability of the studied system.Universidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISUFRNBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICACarbono-epóxiAutorreparoPoli(etileno co-ácido-acrílico)Investigação da capacidade de autorreparo de agente termoplástico em compósito carbono-epóxiinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALInvestigacaocapacidadeautorreparo_Duarte_2023.pdfapplication/pdf5702676https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/55186/1/Investigacaocapacidadeautorreparo_Duarte_2023.pdf11ce425cddd4d088543b12327b3ddfcdMD51123456789/551862023-11-07 16:25:30.753oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/55186Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-11-07T19:25:30Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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