Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Avaliação de métodos de união de materiais compósitos termoplásticos
Autor(es): CAMPOS, Fernanda Magalhães de Oliveira
Primeiro Orientador: ANCELOTTI JUNIOR, Antonio Carlos
metadata.dc.contributor.advisor-co1: BARBOSA, Lorena Cristina Miranda
Resumo: O presente trabalho apresenta os resultados da a fabricação de laminados de fibras de carbono e resina Elium®150 e fibra de vidro por meio do método de transferência de resina assistida a vácuo (VARTM) e descreve o uso de técnicas de união de materiais, colagem e soldagem por aquecimento com luz infravermelha e uso desta resina para efetuar a união de materiais compósitos. A resina Elium® foi caracterizada termicamente por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), análise dinâmico mecânica (DMA) e análise termomecânica (TMA). A análise por DSC da resina pura resultou em uma temperatura de pico de cura de 82,92ºC, temperatura de transição vítrea (Tg) DSC: 94,16ºC e entalpia de cura 216,63 J/g. Os resultados por DMA mostraram Tg DMA da resina pura de 50,82ºC, Tg DMA da fibra de carbono de 71,9ºC e Tg DMA da fibra de vidro de 98,47ºC; TMA resultaram em Tg TMA de 91ºC para a fibra de carbono e 93ºC para a fibra de vidro. Por TGA observou-se a temperatura de início da degradação (temperatura onset) de 300ºC tanto para a resina pura quanto para os compósitos. Os ensaios de ultrassom não detectaram defeitos ou vazios nos laminados de vidro ou carbono. Parâmetros de processamento foram estabelecidos usando 150, 175 e 200 ºC com 0,4 a 0,5 MPa de pressão após a fase de aquecimento no processo de soldagem. Ensaios de cisalhamento demonstraram maiores valores de tensão de cisalhamento de 14,6 MPa para amostras de compósito com reforço de fibra de vidro processadas a 150ºC e pressão de 0,4 MPa. As amostras de fibra de vidro revelaram melhor ancoragem entre a fibra e a matriz devido à compatibilidade química mais eficaz. As amostras de fibra de carbono apresentaram falhas adesivas significativas, com a resina se desprendendo da fibra, indicando adesão insuficiente. Este comportamento é consistente com a perda de rigidez da matriz observada através da DMA, particularmente em temperaturas de soldagem mais altas. Todas as amostras coladas dos laminados exibiram maior resistência ao cisalhamento 14,68 MPa (carbono) e 16,73 MPa (vidro) quando comparadas a amostras unidas por soldagem com luz infravermelha, as quais apresentaram valores máximos de 14,16 MPa (vidro) e 9,91 MPa (carbono).Estes resultados corroboram o fato de que as amostras coladas foram processadas abaixo da temperatura de transição vítrea determinada pela técnica DMA, mantendo sua rigidez.
Abstract: This study presents the results of the fabrication of laminated plates of carbon fiber and Elium®150 resin and glass fiber using the Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) method. It describes the use of material joining techniques, such as bonding and infrared light welding, using this resin for joining composite materials. Elium® resin was thermally characterized by differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical analysis (DMA), and thermomechanical analysis (TMA). The DSC analysis of the pure resin resulted in a peak curing temperature of 82.92ºC, glass transition temperature (Tg) of 94.16ºC, and curing enthalpy of 216.63 J/g. The DMA results showed a Tg of 50.82ºC for the pure resin, 71.9ºC for the carbon fiber, and 98.47ºC for the glass fiber. TMA results showed a Tg of 91ºC for the carbon fiber and 93ºC for the glass fiber. TGA indicated the onset degradation temperature of 300ºC for both the pure resin and the composites. Ultrasound tests did not detect defects or voids in the glass or carbon laminates. Processing parameters were established using 150, 175, and 200ºC with pressures of 0.4 to 0.5 MPa after the heating phase in the welding process. Shear tests demonstrated higher shear stress values of 14.6 MPa for glass fiber composite samples processed at 150ºC and 0.4 MPa pressure. The glass fiber samples showed better anchorage between the fiber and the matrix due to more effective chemical compatibility. The carbon fiber samples exhibited significant adhesive failures, with the resin detaching from the fiber, indicating insufficient adhesion. This behavior is consistent with the loss of matrix rigidity observed through DMA, particularly at higher welding temperatures. All bonded laminate samples exhibited higher shear strength, with values of 14.68 MPa (carbon fiber) and 16.73 MPa (glass fiber) compared to infrared light-welded samples, which showed maximum values of 14.16 MPa (glass fiber) and 9.91 MPa (carbon fiber). These results support the fact that the bonded samples were processed below the glass transition temperature determined by the DMA technique, thus maintaining their rigidity.
Palavras-chave: Elium®
Termoplástico
Soldagem
União de materiais
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IFQ - Instituto de Física e Química
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Ciência e Engenharia de Materiais
Citação: CAMPOS, Fernanda Magalhães de Oliveira. Avaliação de métodos de união de materiais compósitos termoplásticos. 2024. 144 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4354
Data do documento: 5-Dez-2024
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