Desenvolvimento de Reforços Tridimensionais por meio de Costura em Compósitos de Fibra de Carbono/Epóxi.

Abstract

Desde sua concepção, os setores onde os materiais compósitos estão sendo utilizados vem crescendo gradativamente. Hoje em dia, estes materiais possuem vasta aplicação em componentes estruturais nas indústrias aeroespacial, defesa, transportes, indústria civil e de energia. Os compósitos, principalmente os de fibra de carbono/resina epóxi, apresentam excelentes propriedades no plano. Entretanto a suscetibilidade à delaminação por carregamentos fora do plano, devido à ausência de fibras orientadas na direção da espessura, ainda é uma das fraquezas destes materiais. A introdução de fibras através da direção da espessura tem potencial para aumentar as propriedades fora do plano dos materiais compósitos. Isto pode ser realizado por diferentes métodos de reforço, tais como: Z-pinning, costura simples (do inglês, Stitching) e Tufting. Este trabalho teve como objetivo desenvolver e implementar um método simplificado de aplicação de reforço através da espessura, baseado na técnica de reforço tufting, em tecidos estruturais de fibra de carbono. Foi necessário o projeto e a fabricação de um dispositivo de costura para ser integrado à uma máquina com comando numérico computacional (CNC) Router. A programação de movimentação do dispositivo foi feita em um software e esta foi baseada em uma programação de furação em código G. Sendo assim, as preformas de fibra de carbono foram reforçadas através da espessura com linhas de fibra de vidro e de poliamida 6. Para a fibra de vidro foi utilizado apenas o padrão quadrado de inserção 7mm x 7mm, enquanto que para o fio de poliamida 6 os padrões quadrados utilizados foram de 5mm x 5mm e 7mm x 7mm. A fabricação dos compósitos de fibra de carbono/epóxi com e sem reforços através da espessura e foi realizada pelo processo de infusão VARTM. As propriedades no plano dos compósitos foram avaliadas pelo ensaio de tração. Houve um decréscimo de 10% e 11% na resistência à tração e no módulo de elasticidade, respectivamente, dos compósitos reforçados com linhas de fibra de vidro em relação aos compósitos não reforçados, enquanto que os reforçados com poliamida 6 (padrão de inserção 7x7) apresentaram redução de 37% e 34% na resistência à tração e no módulo de elasticidade, respectivamente, e os reforçados com padrão de inserção 5x5 apresentaram redução de 40% e 32% na resistência à tração e no módulo de elasticidade, respectivamente, em relação aos compósitos sem reforço na direção da espessura. As propriedades fora do plano dos compósitos foram avaliadas pelo ensaio de tenacidade à fratura interlaminar em modo II, End-Notched Flexure (ENF). A presença do reforço de fibra de vidro proporcionou um aumento de 27% na resistência à delaminação em relação aos compósitos não reforçados na direção da espessura, enquanto que os compósitos reforçados com poliamida 6 não apresentaram aumentos significativos.