Caracterização Mecânica de Compósitos de Poliamida/Fibra de Carbono Via Ensaios de Cisalhamento Interlaminar e de Mecânica da Fratura

Abstract

Resumo:Compósitos termoplásticos a partir de poliamidas 6 e 6,6 e tecido de fibras de carbono com 40, 50 e 60 % em volume de reforço foram processados via moldagem por compressão a quente e caracterizados por ensaios mecânicos destrutivos (cisalhamento interlaminar em três pontos (short-beam), cisalhamento interlaminar por compressão (CST) e ensaios de mecânica da fratura) e por inspeção não-destrutiva (ultrasom e microscopias óptica e eletrônica de varredura). Os resultados obtidos mostraram que os compósitos termoplásticos processados apresentaram uma distribuição homogênea do polímero no reforço. Entretanto, nos compósitos com maior quantidade de poliamida (40 % de reforço) foram observadas regiões ricas em matriz entre as camadas de tecido. Os ensaios de mecânica da fratura (DCB e ENF) e de cisalhamento interlaminar em três pontos não apresentaram falha interlaminar, não sendo observada a propagação de trincas de forma homogênea e retilínea no interior do material. Em função destes resultados foi utilizado o ensaio de cisalhamento por compressão, desenvolvido no Institute of Polymer Research Dresden da Alemanha, que permitiu uma caracterização mais precisa dos compósitos termoplásticos estudados. Foi observado também, a partir dos ensaios de CST, que os compósitos obtidos da poliamida 6,6 apresentaram um aumento no valor do cisalhamento interlaminar de até 20 % com o aumento do volume de fibras. Palavras-chave: Compósitos termoplásticos, poliamida, fibras de carbono, ensaios mecânicos. Mechanical Characterization of Polyamide/Carbon Fiber Composites by Using Interlaminar Shear Strength and Fracture Mechanical TestsAbstract: Thermoplastics composites of polyamide 6 and 6.6 reinforced with carbon fiber fabric were obtained by compression molding and characterized by destructive (short-beam, compression shear (CST) and fracture mechanics testing) as well as by non-destructive inspection (ultrasound analysis, optical and scanning electron microscopy). The results show that, in general, the matrix was homogeneously distributed about the reinforcing fabric. However, for the composites with higher polyamide content (>50%) matrix-rich regions were observed between the fabric layers. Fracture mechanics (DCB and ENF) as well as short-beam testing did not show evidence of inter-laminar failure as there were non-homogeneous linear crack propagation patterns in the composites investigated. As a result, a compression shear test (CST), developed in the Institute of Polymer Research in Dresden, Germany, was conducted. This test allowed a more precise characterization of the thermoplastic composites studied here.

Processing, thermal and mechanical behaviour of PEI/MWCNT/carbon fiber nanostructured laminate

“…This test consists of the generation of a direct shear load along the interlaminar interface and forces the separator to break in pure shear. The distribution of the shear stress is almost uniform across the thickness with two peaks close to the edges of the loading surface [26][27][28]. To perform this test, 5 specimens with dimensions of (10 × 10 × 3) mm were used, the test speed was 0.25 mm min −1 and 10 KN load cell.…”

Assessment of the interlaminar strength of resistance-welded PEI/carbon fibre composite

“…Translaminar fractures are those that occur transversely to the plane of the laminate, causing significant rupture of the fibres. Normally there are components that display the three types of fracture simultaneously [26,27].…”

Avaliação da Resistência Interlaminar do Compósito PEI/Fibras de Carbono Soldado pelo Método de Resistência Elétrica

“…Fraturas translaminares são aquelas que ocorrem transversalmente ao plano do laminado, causando um significativo rompimento das fibras. Normalmente, encontram-se componentes que apresentam os três tipos de fratura simultaneamente [26,27].…”