O efeito de diferentes condições de cura na fluência de compósitos unidirecionais de sisal/epóxi

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Teixeira, Linconl Araújo
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48625
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.
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spelling O efeito de diferentes condições de cura na fluência de compósitos unidirecionais de sisal/epóxiModelagem matemáticaCompósitos poliméricosTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2023.A cura é uma etapa crítica na fabricação de compósitos à base de resina epóxi, e a seleção adequada das condições de cura pode impactar significativamente nas propriedades mecânicas do material durante o teste de fluência. A fluência é essencial para avaliar o comportamento do material compósito sob carga constante e/ou temperaturas elevadas, replicando condições de serviço de longo prazo. Embora a compreensão das diferentes condições de cura sobre a resposta do material sob fluência seja fundamental para otimizar o desempenho dos compósitos, e ainda que a literatura científica aborde os efeitos gerais das condições de cura nos compósitos, a seleção adequada das condições de cura é um tema pouco discutido para compósitos reforçados com fibras naturais. Desta forma, este trabalho teve como objetivo investigar o efeito de diferentes condições de cura nas propriedades de fluência de compósitos de resina epóxi reforçados com fibras unidirecionais de sisal. Experimentalmente, foram preparados compósitos com fibras orientadas a 0°, 45° e cruzadas [0°/90°/90°/0°], e estes submetidos às seguintes condições de cura: compósitos curados em temperatura ambiente e com processo de pós-cura (120 °C/1h em estufa), compósitos curados a 100°C/4h em estufa e compósitos curados com o uso de acelerador de amina terciária (DY 062). As condições de cura investigadas neste estudo afetaram a estrutura química da resina epóxi. Isso resultou em variações no grau de cura, na estabilidade térmica e no nível de reticulação. Essas mudanças nas propriedades da resina desempenharam um papel fundamental nos ensaios mecânicos, destacando a importância crítica das condições de cura na compreensão do comportamento mecânico da resina epóxi e no processo de fabricação de compósitos. Quanto aos compósitos, aqueles curados com acelerador apresentaram maior estabilidade térmica, enquanto um maior grau de cura foi encontrado para os compósitos curados em temperatura ambiente e pós-cura. No que diz respeito às propriedades mecânicas, foi observado que todos os compósitos com fibras orientadas a 0° apresentaram desempenho superior em termos de resistência à tração e módulo de elasticidade em comparação com as outras orientações de fibras, como esperado. Em relação as condições de cura, os compósitos curados em temperatura ambiente e com pós-cura apresentaram melhor desempenho mecânico em tração. Referente aos ensaios de fluência, os resultados mostraram que à deformação por fluência tanto da resina quanto os compósitos curados com acelerador demonstraram maior resistência a esse fenômeno. A modelagem matemática para sisal/epóxi [0°] curado com acelerador resultou nos seguintes parâmetros: para o modelo de Findley, A (amplitude de deformação transiente) foi de (3,01x10-3 ) e ε0 (deformação elástica inicial) de (31,86x10-5 ). Enquanto para o modelo de Burger, foram obtidos os valores de EM (deformação elástica instantânea) (4270) e EK (deformação viscoelástico) (10753) para o mesmo grupo de compósitos. Além disso, os modelos matemáticos de Findley e Burger se ajustaram bem aos resultados experimentais, sugerindo que são ferramentas úteis para prever e analisar o comportamento de fluência desses materiais em situações de longa duração em serviço.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF).Curing is a critical step in the manufacture of epoxy resin-based composites, and the proper selection of curing conditions can significantly impact the material's mechanical properties during creep testing. Creep testing is essential for evaluating the behavior of composite materials under constant load and/or elevated temperatures, mimicking long-term service conditions. While understanding the different curing conditions' effects on the material's creep response is crucial for optimizing composite performance, and even though the scientific literature addresses the general effects of curing conditions on composites, the appropriate selection of curing conditions is a topic that is seldom discussed for natural fiber-reinforced composites. Thus, this study aimed to investigate the effect of different curing conditions on the creep properties of sisal unidirectional fiber-reinforced epoxy composites. Experimentally, composites were prepared with fibers oriented at 0°, 45°, and cross-ply [0°/90°/90°/0°], and these were subjected to the following curing conditions: composites cured at room temperature with a post-cure process (120 °C/1h in an oven), composites cured at 100°C/4h in an oven, and composites cured with an accelerator tertiary amine (DY 062). The various curing conditions investigated in this study showed a significant effect on the epoxy resin's chemical structure, resulting in variations in the degree of cure, thermal stability, and crosslinking level. These changes in the resin properties played a crucial role in the mechanical tests, highlighting the critical importance of curing conditions in understanding the mechanical behavior of epoxy resin and the composite manufacturing process. Regarding the composites, those cured with an accelerator exhibited higher thermal stability, while a higher degree of cure was found for composites cured at room temperature with post-curing. As for the mechanical properties, it was observed that all composites with fibers oriented at 0° showed superior performance in terms of tensile strength and modulus of elasticity compared to other fiber orientations, as expected. Concerning the curing conditions, composites cured at room temperature with post-curing exhibited better mechanical performance in tension. Regarding the creep analysis, the results showed that both the resin and composites cured with an accelerator demonstrated higher resistance to this phenomenon. The mathematical modeling for sisal/epoxy [0°] cured with an accelerator resulted in the following parameters: for the Findley model, A (transient strain amplitude) was (3.01x10- 3) and ε0 (initial elastic strain) was (31.86x10-5). Meanwhile, for the Burger model, the values obtained were EM (instantaneous elastic strain) (4270) and EK (viscoelastic strain) (10753) for the same group of composites. Additionally, the Findley and Burger mathematical models fit well with the experimental results, suggesting that they are useful tools for predicting and analyzing the creep behavior of these materials in long-term service situationsFaculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasLuz, Sandra Maria daTeixeira, Linconl Araújo2024-07-09T11:11:47Z2024-07-09T11:11:47Z2024-07-092023-11-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfTEIXEIRA, Linconl Araújo. O efeito de diferentes condições de cura na fluência de compósitos unidirecionais de sisal/epóxi. 2023. 101 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48625porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-09T11:11:48Zoai:repositorio.unb.br:10482/48625Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-09T11:11:48Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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