Mechanical characterization of composites based on a novel vacuum-infused thermoplastic matrix

Abstract

Este estudo está focado na avaliação do desempenho mecânico e dos mecanismos de falha de compósitos à base de uma resina termoplástica líquida sob várias condições de carregamento em comparação com compósitos à base de epóxi. Os laminados compostos reforçados por fibras de carbono foram fabricados pela VARTM (Moldagem por transferência de resina assistida a vácuo). Os compósitos foram submetidos às condições de carregamento do modo II, a fim de verificar sua tolerância a danos. Nesse caso, os compósitos termoplásticos apresentaram 40% mais resistência à fratura interlaminar em comparação aos compósitos epóxi. Esses materiais obtiveram desempenho superior na resistência à propagação de trincas, pois tendem a absorver a energia associada à propagação de trincas na forma de deformação plástica em comparação aos compósitos epóxi. Também foram realizados testes de resistência à tração e cisalhamento no plano para avaliar a resposta de ambos os materiais em amostras não condicionadas e condicionadas. Os compósitos termoplásticos apresentaram 30% mais resistência à tração em comparação aos compósitos epóxi. Para amostras condicionadas, essa diferença foi de 14%. Esses resultados foram relacionados à plastificação, que tende a favorecer o amolecimento do polímero, proporcionando maior deformação plástica da matriz, promovendo uma fratura dúctil do compósito. Por outro lado, as propriedades de cisalhamento no plano foram 30% maiores para os laminados termoendurecíveis em ambas as condições. Nesse caso, a umidade pode ter favorecido a formação de rachaduras na superfície e enfraquecido a adesão interfacial fibra / matriz. Análises adicionais baseadas no projeto de experimentos mostraram que a resina Elium® 150 afeta significativamente todas as respostas e apresentou, de fato, um melhor comportamento em comparação à resina epóxi. Embora os efeitos do condicionamento tenham apresentado uma contribuição estatisticamente perceptível à resistência à tração, a presença da umidade não proporcionou um aprimoramento significativo da resistência ao cisalhamento no plano. A análise baseada na metodologia de teste acelerado de compósitos Carbon Fiber / Elium® 150 mostra que as altas frequências aumentam a transição vítrea (Tg) para valores mais altos, provavelmente favorecidos pelo movimento das cadeias poliméricas. A rede neural artificial evidenciou uma excelente concordância entre os valores treinados e experimentais. A previsão de vida útil em longo prazo usando curvas mestres confirma que este novo material pode ser considerado para fins de amortecimento acústico ou vibracional, considerando seu uso em temperaturas abaixo de Tg.