Estudo dos efeitos do envelhecimento do prepreg em suas propriedades e ciclo de cura por meio de técnicas tradicionais e análise dielétrica

Abstract

Matérias-primas pré-impregnadas (prepregs) são preferencialmente utilizadas na manufatura de compósitos avançados em função de algumas vantagens, tais como: integridade durante o manuseio e bom controle da relação fibra/matriz na peça final. Apesar destas vantagens, um dos maiores problemas do uso de prepregs é a progressão da cura (envelhecimento) durante algumas etapas de seu processamento. Este fenômeno consiste na continuidade da reação de cura da matriz em função de sua exposição à temperatura e umidade durante seu transporte, e etapas de corte e laminação. Embora a cura deste tipo de material esteja programada para acontecer mediante a aplicação de temperaturas elevadas, a exposição do material às condições do ambiente de processamento pode levar ao avanço da cura de forma a prejudicar a processabilidade do material e afetar a qualidade do compósito final. Portanto, a recomendação de fabricantes de prepregs é de que seu armazenamento seja feito em câmaras frias, nas quais a taxa de avanço da reação de cura é reduzida a valores mínimos. Toda vez que o material é removido da câmara fria, a reação de cura tende a progredir, e a soma dos tempos de exposição do material em condições diferentes das sugeridas para seu armazenamento, denominada outtime, deve ser monitorada com o intuito de garantir que os efeitos do envelhecimento nas propriedades do prepreg não afetem a qualidade da peça final. Neste contexto, o presente trabalho teve por objetivo (1) caracterizar os efeitos do out-time nas propriedades do préimpregnado; (2) explorar novas metodologias para esta caracterização, visando tanto o monitoramento quanto a estimativa do tempo de exposição (out-time); e (3) identificar os efeitos do out-time do prepreg nas propriedades finais do compósito. Para tal, amostras de material pré-impregnado foram envelhecidas em condições controladas durante tempos préestabelecidos (entre 0 e 60 dias), e suas propriedades foram medidas por um conjunto de análises que inclui análises térmicas e reológicas. Laminados compósitos também foram manufaturados a partir da matéria-prima envelhecida, utilizando-se a técnica de laminação manual e cura em autoclave, e suas propriedades medidas com foco em avaliar seu desempenho térmico e mecânico. Os resultados obtidos indicam a possibilidade da utilização da análise dinâmico-mecânica como uma única técnica capaz de caracterizar completamente a matériaprima e o compósito final com relação aos efeitos do envelhecimento do prepreg. Foi observada, ainda, a possibilidade de utilização da análise dielétrica como uma técnica alternativa para estimativa do tempo de exposição de prepregs e para monitoramento das particularidades do ciclo de cura de materiais envelhecidos. Por fim, a caracterização dos laminados compósitos aponta para a possibilidade da extensão dos limites de tempo de exposição da matéria-prima, o que pode permitir o uso de materiais anteriormente considerados como descarte. Sendo assim, tem-se que a combinação dos resultados obtidos no presente trabalho pode contribuir para a redução do desperdício no processamento de matérias-primas pré-impregnadas, em um cenário em que meios de produção sustentáveis são um dos maiores desafios associados à manufatura de compósitos.