Avaliação dos modos de falha sob impacto de compósitos de matriz polimérica reforçados por fibras

Abstract

RESUMO: Neste trabalho é feita uma avaliação dos modos de falha de compósitos de matriz polimérica reforçados por fibras de vidro, carbono ou aramida, submetidos a carregamento dinâmico. Os compósitos unidirecionais analisados foram fabricados por prensagem e cura à vácuo de lâminas de pré-impregnados. A energia total absorvida na fratura mostrou uma correlação inversamente proporcional ao módulo elástico das fibras usadas como reforço. Os compósitos com fibras de carbono falharam de um modo frágil. Para estes compósitos o comportamento ao impacto pode ser modelado usando-se uma análise puramente elástica. Para os compósitos com fibras de vidro a falha foi controlada por um mecanismo misto de cisalhamento ao longo da interface fibra-matriz e tensão normal trativa atuando perpendicularmente às fibras. O modelo elástico empregado para simular o comportamento ao impacto subestima a energia absorvida por estes compósitos, porém, a diferença entre os valores experimentais e os calculados não ultrapassou 20 %. A falha dos compósitos com fibras aramidas foi atribuída, principalmente, ao componente de tensão trativa atuando perpendicularmente às fibras. Nestes compósitos foi observado arrancamento superficial nas fibras aramidas e o comportamento ao impacto não obedece o modelo elástico empregado.<br>ABSTRACT: In this work an evaluation of the fracture mode of fiber reinforced resin matrix composites submitted to three point bending dynamic impact testing was undertaken. The unidirectional glass, carbon and aramid fiber-epoxy matrix composites used were fabricated by vacuum bagging prepreg laminas. The energy absorbed to fracture the composites had an inverse correlation to the fibres' elastic modulus. The carbon fiber composites failed in a brittle mode. The analysis of the fracture surfaces showed that for the glass fiber composites, the failure is controlled by a coupled mechanism of shear along the fiber-matrix interface and tension transverse to the fibers. The delamination failure observed for the aramid composites was mainly due to the tensile component of stress acting perpendicular to the fibers. In these composites an extensive peeling at the fibers surface was also observed. The impact behavior of the carbon fiber composites could be modelled by a purely elastic analysis. The elastic model underestimates the energy absorbed by the glass fiber composites, but the difference between the experimental and calculated values is not high. The aramid composites could not be modelled by the elastic analysis performed

Comparação do comportamento à flexão com restrições à deflexão de placas de compósitos de matriz polimérica epoxídica em função do tipo de fibra de reforço

“…O traço da curva carga vs. deslocamento deste compósito mostra um comportamento característico de materiais de alta resistência, apresentando uma queda brusca após o ponto de carga máxima, Figura 7a. Entretanto, devido ao entrecruzamento das fibras no tecido, a fratura não é frágil [9] e não ocorre subitamente após o ponto de carga máxima, como observado para compósitos unidirecionais onde a energia é praticamente toda gasta no carregamento elástico do compósito [10] . De fato, como apresentado na Tabela 5, uma parcela substancial de energia foi gasta na propagação antes da falha final do compósito de fibra de carbono.…”

Caracterização Tridimensional De Compósitos De Matriz Epóxi Reforçados Por Fibras De Vidro

“…Estes materiais foram fabricados pelo processo de prensagem e cura à vácuo de lâminas de pré-impregnados, obtidas por processo de enrolamento filamentar (filament winding). As fibras empregadas foram fabricadas na forma de filamentos contínuos, enroladas em um mandril cilíndrico, recoberto antecipadamente por um filme de poliéster termoplástico, que foi impregnado pela resina epoxi (figura 3.1) (29).…”

“…Logo foram recobertas as fibras impregnadas com um novo filme de poliéster. Foi cortada longitudinalmente a lâmina de pré-impregnado, removida do mandril e armazenada sob baixa temperatura a fim de retardar o processo de cura da matriz polimérica, figura 3.1 (29). O compósito final, foi obtido pelo empilhamento das lâminas, após se retirar os filmes protetores de poliéster (29).…”

“…Como reforço foram utilizadas fibras de vidro do tipo E, com módulo de elasticidade de E f = 72, 5 GPa (30), na fração volumétrica de 50% (29).…”

“…43 3.1 Representação esquemática do processo de fabricação de pré-impregnados. a) Impregnação e enrolamento, b) Corte e c) Lâmina de pré-impregnado (29 …”