Fabricação e ensaios experimentais de biocompósitos: estudo comparativo visando aplicações em estruturas aeronáuticas

• Autor(a) principal: Sato, Eduardo Shoiti
• Data de Publicação: 2018
• 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/18/18148/tde-20032020-131037/
• topic: Análises experimentais; Biocomposites; Biocompósitos; Castor oil; Composite materials; Cotton fiber; Experimental analyses; Fibra de algodão; Fibra de vidro; Glass fiber; Manufacturing process; Materiais compósitos; Poliuretana; Processo de fabricação

A utilização de estruturas empregando materiais de fontes não-renováveis tem impactado o ambiente devido à dificuldade em sua reutilização e reciclagem. Por isso, vêm se buscando soluções em materiais obtidos de fontes renováveis, sendo estes muitas vezes referidos como biocompósitos. Assim, é estratégico entender melhor o comportamento destes materiais, bem como prever os mecanismos de falha, desenvolvendo modelos de materiais mais precisos que venham a diminuir o número de ensaios experimentais, melhorando a segurança, o tempo e a economia em projetos estruturais. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento mecânico de um biocompósito fabricado a partir da poliuretana derivada do óleo de mamona reforçada com fibra de algodão. Ensaios experimentais de tração e flexão foram realizados a fim de avaliar o comportamento mecânico do novo biocompósito, comparando o mesmo com outros materiais compósitos, tais como: epóxi reforçada por fibra de vidro e por fibra de algodão, bem como a poliuretana reforçada por fibra de vidro. Foi utilizado o método DIC (Digital Image Correlation), o qual auxiliou nas análises do comportamento mecânico dos materiais investigados. Buscou-se também, estimar as frações mássicas e volumétricas dos compósitos fabricados. Dessa forma, foram realizados ensaios de termogravimetria (TGA – Termogravimetric Analysis) para os compósitos reforçados com fibras vegetais, e de degradação da matriz através de sua queima para compósitos reforçados com fibras sintéticas. Ademais, avaliou-se a qualidade da interação fibra-matriz a partir de MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura), verificando o modo de falha apresentado pelos compósitos, bem como a necessidade de desenvolver um processo para o tratamento superficial das fibras vegetais para maior adesão à poliuretana. Além disso, foi realizado um estudo comparativo em termos de comportamento mecânico do biocompósito frente a epóxi reforçada por fibra de vidro e por fibra de algodão, bem como a poliuretana reforçada por fibra de vidro e outros estudos da literatura. Concluiu-se que os compósitos reforçados por fibras de algodão devem ter reforços com tratamento superficial adequado a fim de que melhorem suas propriedades mecânicas e de que reduzam sua variabilidade em termos de respostas. Ou seja, isto é uma condição inicial necessária para que se vislumbre o emprego desse material no segmento aeronáutico. Por fim, em função de requisitos aeronáuticos, em trabalhos futuros, deve-se realizar testes de toxidade e inflamabilidade considerando o emprego de aditivos. E, portanto, deverá novamente ser investigado o comportamento mecânico do biocompósito aditivado a fim de se avaliar como serão afetados os valores de módulo de elasticidade, máxima tensão e máxima deformação.