Efeito do revestimento de microfibrilas de celulose em compósitos de fibra de carbono/epóxi

• Autor(a) principal: Oliveira, João Vitor Burato de
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-21012021-163500/
• topic: Carbon fiber composite; Compósito de fibra de carbono; Compósito hierárquico; Hierarchical composite; Mechanical properties; Microfibrila de celulose; Microfibrillated cellulose; Propriedades mecânicas

Materiais compósitos são amplamente utilizados em estruturas leves, devido à combinação entre materiais (matriz e reforço) com propriedades distintas, que possibilitam conciliar propriedades como resistência mecânica e leveza, necessária em setores industriais como aeronáutica, aeroespacial, eólica entre outras. O desempenho mecânico de compósitos estruturais é dependente das características mecânicas de suas fases constituintes e da região interfacial entre matriz e reforço. Diversas abordagens empregadas na busca de melhorar as propriedades interfaciais envolvem processos químicos como sizing, ou processos físicos como plasma para alterar as propriedades superficiais da fibra. Com o desenvolvimento da nanotecnologia, o uso de nanomateriais como agente interfacial vem se mostrando uma tendência principalmente utilizando materiais baseados em celulose, abundante na natureza, de fonte renovável, biodegradável e biofriendly. Nesse trabalho as características morfológicas de deposição e as propriedades mecânicas de compósitos de fibra de carbono / epóxi revestidas com microfibrilas de celulose (MFC) foram investigadas em função do conteúdo de MFC na superfície das fibras de carbono (FC) e do método de deposição. Os tecidos de FC foram revestidos com MFC por imersão e aspersão em dispersões aquosas de MFC (0,1%, 0,2% e 0,4% em peso). Análises microscópicas por MEV e AFM mostraram diferenças morfológicas entre os métodos de deposição, as microfibrilas revestiram as FC imersas enquanto que por aspersão a MFC interconectou as FC adjacentes. Os tecidos tratados com 0,4% em peso de MFC apresentaram sinais de aglomeração e formação de um filme de MFC na superfície. As medidas de rugosidade via AFM indicaram um aumento da área superficial nos tecidos revestidos seguida de uma queda nas amostras tratadas com 0,4% em peso de MFC, devido a formação do filme na superfície. Foi investigada a função da MFC como agente interfacial nas propriedades de flexão dos compósitos FC / epóxi revestidos com MFC. A imersão em 0,1% em peso de MFC apresentou uma resistência a flexão de 481 MPa em média, aumento de 15% em relação a referência com 405 MPa. Já a aspersão de 0,1% em peso de MFC promoveu um ganho de 15% na deformação de tensão máxima, devido ao efeito de ponte da MFC entre as FC. Houve um aumento da rigidez nas amostras aspergidas (A-0,2 e A-0,4) devido a fragilização promovida pela formação de um filme de MFC na superfície do tecido. Imagens coletadas num microscópio óptico mostraram diferenças nos mecanismos de dano do compósito com a adição de MFC que indicaram um aumento do gasto energético na propagação das trincas nas amostras tratadas com dispersões de 0,1% em peso de MFC. Com isso, os parâmetros de deposição de MFC em tecidos de fibra de carbono desse estudo podem auxiliar na otimização do desempenho mecânico de compósitos de fibra de carbono / epóxi revestidos com MFC.