Caracterização mecânica de Poliamida6 reforçada com fibra de vidro
Autor(a) principal: | |
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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/97/97134/tde-05082021-164119/ |
Resumo: | A indústria automotiva está vivendo uma nova era com os veículos elétricos, estes oriundos de um forte apelo ambiental. No entanto, tais veículos carregam grandes quantidades de bateria para que possam entregar uma autonomia minimamente próxima aos veículos atuais à combustão, por isso, o apelo por redução de massa nos veículos nunca foi tão forte. Um material com potencial de alta resistência alinhada com uma baixíssima densidade são os materiais compósitos, principalmente os poliméricos reforçados com fibra. Alinhando em primeiro lugar o custo benefício e facilidade de obtenção encontra-se a Poliamida 6 reforçada com fibra de vidro, este material foi até um dos primeiros materiais desenvolvidos em sua categoria. Uma amostra de Poliamida 6 em barra foi cedida para o estudo, fabricado por extrusão com 30% de fibra de vidro. Fomentando o estudo deste material para aplicações estruturais na indústria automotiva, buscou-se a caracterização do material de forma que questionamentos sobre os materiais compósitos fossem respondidos, para isso foram definidos ensaios diferenciados para tratar diversas propriedades relevantes para a aplicação. A obtenção do módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson foram obtidos à partir de excitação por impulso. Dando uma ideia da anisotropia do material e para compreender as questões de matriz e fibra, como também questões como os mecanismos de fratura do material foram analisadas regiões de fratura frágil via Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para a análise da resistência à tração foi utilizado o ensaio de flexão, com a obtenção dos módulos de ruptura e elasticidade, que foram confrontados com os valores encontrados experimentalmente e outras análises foram realizadas com os dados da fornecedora. Por último mas não menos importante, foi realizado um ensaio de tenacidade à fratura, este ensaio pouco estudado nesta categoria de materiais, principalmente utilizando corpos de prova compactos. Estes dados são muito importantes para materiais estruturais, à partir deste ensaio uma discussão sobre a importância da resistência alinhada com uma propriedade de prevenir falhas catastróficas foi levantada. Indo além, uma análise da relação desta propriedade com a mudança da espessura. A partir do trabalho algumas conclusões foram levantadas, como pela diferença ser baixa entre as propriedades com relação à direção da mesma, para um material compósito extrudado com 30% de fibra de forma aleatória, pode se simplificar o desenvolvimento para a aplicação deste material, tratando-o como homogêneo, lembrando que haverá um erro mínimo que será absorvido nos fatores de segurança adotados. O maior mecanismo de falha foi à partir e por meio da fase matriz, com a presença de camadas na fratura e poros. Em segundo foi o rompimento das fibras e depois sua retração. Os valores de módulo de ruptura demonstraram alta confiabilidade por meio da análise do módulo de Weibull, o que reforça a ideia da possibilidade de se simplificar o desenvolvimento do material (homogêneo), pois os corpos de prova eram de diferentes regiões da barra e apresentaram mesma propriedade. A geometria da peça deve ser um papel fundamental no desenvolvimento de materiais compósitos. |
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Caracterização mecânica de Poliamida6 reforçada com fibra de vidroMechanical characterization of glass fiber reinforced Polyamide6Automotive industryCaracterizaçãoCharacterizationComposite materialFiber reinforced polyamide 6Fracture toughnessIndústria automotivaMaterial compósitoPoliamida 6 reforçada com fibraTenacidade à fraturaA indústria automotiva está vivendo uma nova era com os veículos elétricos, estes oriundos de um forte apelo ambiental. No entanto, tais veículos carregam grandes quantidades de bateria para que possam entregar uma autonomia minimamente próxima aos veículos atuais à combustão, por isso, o apelo por redução de massa nos veículos nunca foi tão forte. Um material com potencial de alta resistência alinhada com uma baixíssima densidade são os materiais compósitos, principalmente os poliméricos reforçados com fibra. Alinhando em primeiro lugar o custo benefício e facilidade de obtenção encontra-se a Poliamida 6 reforçada com fibra de vidro, este material foi até um dos primeiros materiais desenvolvidos em sua categoria. Uma amostra de Poliamida 6 em barra foi cedida para o estudo, fabricado por extrusão com 30% de fibra de vidro. Fomentando o estudo deste material para aplicações estruturais na indústria automotiva, buscou-se a caracterização do material de forma que questionamentos sobre os materiais compósitos fossem respondidos, para isso foram definidos ensaios diferenciados para tratar diversas propriedades relevantes para a aplicação. A obtenção do módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson foram obtidos à partir de excitação por impulso. Dando uma ideia da anisotropia do material e para compreender as questões de matriz e fibra, como também questões como os mecanismos de fratura do material foram analisadas regiões de fratura frágil via Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Para a análise da resistência à tração foi utilizado o ensaio de flexão, com a obtenção dos módulos de ruptura e elasticidade, que foram confrontados com os valores encontrados experimentalmente e outras análises foram realizadas com os dados da fornecedora. Por último mas não menos importante, foi realizado um ensaio de tenacidade à fratura, este ensaio pouco estudado nesta categoria de materiais, principalmente utilizando corpos de prova compactos. Estes dados são muito importantes para materiais estruturais, à partir deste ensaio uma discussão sobre a importância da resistência alinhada com uma propriedade de prevenir falhas catastróficas foi levantada. Indo além, uma análise da relação desta propriedade com a mudança da espessura. A partir do trabalho algumas conclusões foram levantadas, como pela diferença ser baixa entre as propriedades com relação à direção da mesma, para um material compósito extrudado com 30% de fibra de forma aleatória, pode se simplificar o desenvolvimento para a aplicação deste material, tratando-o como homogêneo, lembrando que haverá um erro mínimo que será absorvido nos fatores de segurança adotados. O maior mecanismo de falha foi à partir e por meio da fase matriz, com a presença de camadas na fratura e poros. Em segundo foi o rompimento das fibras e depois sua retração. Os valores de módulo de ruptura demonstraram alta confiabilidade por meio da análise do módulo de Weibull, o que reforça a ideia da possibilidade de se simplificar o desenvolvimento do material (homogêneo), pois os corpos de prova eram de diferentes regiões da barra e apresentaram mesma propriedade. A geometria da peça deve ser um papel fundamental no desenvolvimento de materiais compósitos.The automotive industry is passing through a new era by electric vehicles, which come from a strong environmental appeal, but these vehicles carry large amounts of battery due to the necessity of delivering a range close to current combustion vehicles therefore the appeal for reduction mass in vehicles has never been so strong. A material with a high strength potential aligned with a very low density is composite materials, especially fiber reinforced polymers. Aligning first and foremost to cost-effectiveness and ease of procurement is fiberglass reinforced polyamide 6, this material was even one of the first materials developed in its category. A polyamide 6 bar sample was provided for the study, manufactured by extrusion with 30% fiberglass. Fostering the study of this material for structural applications in the automotive industry, it was sought to characterize the material thus questions about the composite materials were answered, for this purpose differentiated tests were defined to treat several properties relevant to the application. The modulus of elasticity and Poisson\'s coefficient were obtained from impulse excitation. Giving an idea about anisotropy and understanding the matrix and fiber issues, as well as issues such as the fracture mechanisms of the material a test on a fragile fracture region was made via Scanning Electron Microscopy (SEM), for the analysis of tensile strength, the flexural test was used, obtaining the modulus of rupture and elasticity, which were compared with the values found experimentally and those raised by the supplier. Last but not least, a fracture toughness test was performed, this test do not have a large study in this material category, mainly using compact specimens, but these data are very important for structural materials, from this test a discussion about the importance of strength aligned with a fail-safe property conditions was raised, as well as an analysis of the relationship of this property to the change in thickness. Some conclusions were raised, as the difference is low between the properties with respect to its direction, for a randomly extruded 30% fiber composite material, the development for the application of this material can be simplified, treating it as homogeneous, remembering that there will be a minimal error that will be absorbed in the adopted safety factors. The major failure mechanism was from and through the matrix phase, with the presence of fracture layers and pores. Second was the fiber breakage and then its retraction. The rupture modulus values showed high reliability through the Weibull modulus analysis, which reinforces the idea of the possibility of simplifying the development of the material (homogeneous), since the specimens were from different regions of the bar and presented the same property. The geometry should be a key role in the development of composite materials.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPBaptista, Carlos Antonio Reis PereiraKubo Junior, Alvaro Yukio2020-02-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97134/tde-05082021-164119/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2022-04-29T13:33:43Zoai:teses.usp.br:tde-05082021-164119Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212022-04-29T13:33:43Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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