Caracterização de um pré-impregnado aeronáutico por FT-IR e análise térmica

Abstract

IntroduçãoOs compósitos poliméricos à base de resina epoxídica são escolhidos preferencialmente, para aplicações aeronáuticas e espaciais devido à relação entre custo, peso, propriedades térmicas e mecânicas. Assim, é de vital importância conhecer e monitorar o ciclo de cura e correlacionar estas informações com as propriedades mecânicas e microestruturais finais para a otimização do processamento.Muitas das tecnologias modernas requerem materiais que apresentem combinação de propriedades não convencionais, as quais não podem ser encontradas em ligas metálicas, materiais cerâmicos ou poliméricos. A indústria aeronáutica, em particular, está em permanente busca de materiais estruturais que apresentem baixa densidade, melhor relação de propriedades mecânicas/peso e resistência à abrasão ao impacto [1] . Este desenvolvimento está relacionado com a formulação das resinas presentes nos compósitos, o tipo de polímero, o agente de cura e, até mesmo, a razão estequiométrica resina/agente de cura, que influenciam diretamente as propriedades mecânicas do compósito.As resinas termorrígidas, embora sejam frágeis à temperatura ambiente e não possam ser moldadas novamente sob aquecimento, devido às fortes ligações químicas, diferentemente das resinas termoplásticas, possuem maior valor de módulo e resistência à tração, excelente resistência química, estabilidade dimensional e térmica, boa resistência à fluência e melhores propriedades em fadiga. Também são facilmente processadas devido à baixa viscosidade. Logo, são usadas preferencialmente no processamento de compósitos estruturais.As resinas termorrígidas mais comuns para esse fim são as epoxídicas, as poliésteres insaturadas e as fenólicas [2] . O termo "prepreg" é utilizado pela indústria de material compósito para identificar reforços de fibras pré-impregnadas com uma resina polimérica parcialmente curada. Este material é enviado ao cliente na forma de uma fita ou tecido, o qual é moldado e curado sem adicionar nenhum outro produto ou resina. Esta provavelmente, é a forma que o material compósito é amplamente utilizado para a fabricação de peças com aplicações estruturais, especialmente na indústria de produtos para o mercado aeroespacial.É bem conhecido que as propriedades da formulação de um sistema epoxídico, isto é, o tipo de agente de cura (endurecedor) e a razão estequiométrica resina/endurecedor, influenciam as propriedades mecânicas do compósito [3] . Portanto, o conhecimento de agentes de cura é importante para alcançar as propriedades desejadas. Pesquisas envolvendo a caracterização do comportamento Characterization of Pre-Impregnated of Epoxy Resin/Carbon FiberAbstract: This work explores the characterization of pre-impregnated ("prepreg") materials made with an epoxy resin/carbon fiber, using FT-IR spectroscopy, thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical thermal analysis (DMTA). FT-IR spectroscopy was used in the transmission mode (KBr pellets, pyrolysis without control and controlled pyrolysis) and photoacoustic de...

Evaluation of Out-of-Autoclave (OOA) epoxy system

“…These findings are in accordance to the decrease of curing reaction accompanied by DSC. This curing temperature is coincident with the one cited by Ferrari et al [16] for a prepreg used in the aeronautical industry. In temperatures higher than 120°C, bands of CO/CN in the region between 1000-1200 cm -1 , and of aromatic substitution around 800 cm -1 , suffer modifications in position, shape and intensity, suggesting changes in chemical structures [19] .…”

“…Results, however, can not indicate undoubtedly that it is a known cyan hardener, as Figure 5A, for example. Indication of cyan groups in the prepreg and resin let to the assessment of various types of solvents, as previously performed by Ferrari et al [16] , for solvent treatment, which is done to isolate and study the different components. The best result for the separation and identification of the CA was observed by using water as solvent.…”

“…Ferrari et al [16] carried out the characterization of some prepregs (EP/carbon fiber (CF)) by FT-IR, TGA, DSC and dynamic-mechanical analysis (DMA). FT-IR transmission mode and photoacoustic spectroscopy (PAS) were performed.…”

“…The application of prepreg to the manufacture of composite parts includes [16,17] cutting and laminating a predetermined number of plies to be used in a particular part. As the manufacturing process depends on a curing cycle already established by the manufacturer, there is an interest of the scientific and technological community in studying which properties of the material may change once the curing process is interrupted.…”

Estudo do comportamento térmico de laminados carbono/epóxi submetidos a múltiplos ciclos térmicos

“…No caso particular da resina epóxi, a etapa de cura transforma os reagentes epoxídicos de baixa massa molar em um material altamente reticulado, com estrutura tridimensional, que não pode ser mais fundida, a qual envolve segmentos da resina e do agente de cura [5] . Em função dessas características, os compósitos com resinas termorrígidas não podem ser reprocessados após a cura e são normalmente curados em moldes na sua configuração final [6] .…”