Mecanismos de dano em laminados de carbono/epóxi sob fadiga e envelhecimento higrotérmico - Fulco, Ana Paula Pereira (2017)
Materiais compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras de carbono utilizados em estruturas aeronáuticas e aeroespaciais estão frequentemente sujeitos à carregamentos cíclicos e condições ambientais de temperatura e umidade, que podem provocar degradação e até a falha do componente. O objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos do envelhecimento sob exposição a temperatura até 160°C e à umidade nos mecanismos de dano de compósitos carbono/epóxi submetidos a carregamento cíclico. Um estudo preliminar de envelhecimento acelerado foi inicialmente realizado em compósitos unidirecionais AS4/8552 com ciclo exposição de 8 h de radiação UVA-340 a 80°C seguidas de 4 h de condensação a 50°C, até atingir o tempo total de 2.160 h. Os efeitos do envelhecimento do material foram evidenciados pela perda de massa, exposição das fibras, alterações químicas, aumento da densidade de trincas em testes de cisalhamento interlaminar e flambagem das fibras em amostras fraturadas em testes de compressão, embora não tenham sido observadas alterações significativas nas propriedades mecânicas do material. Com base neste trabalho preliminar, um estudo foi realizado em laminados [02/902]s do mesmo material, utilizando ciclo de exposição de 8 h a 160 ºC seguidas de 4 h com umidade relativa de 80% a 70 ºC, até atingir o tempo total de 2.880 h. Em seguida, as amostras foram submetidas a ensaios de fadiga com controle de carga, com razão de tensões R = 0,1 e frequência de 5 Hz. Os compósitos foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise dinâmico mecânica (DMA), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e variação de massa, antes e após a exposição higrotérmica. Amostras de epóxi puro 8552 foram também expostas as mesmas condições de envelhecimento e caracterizadas por microscopia ótica (MO), espectroscopia FTIR e variação de massa. A partir dos diagramas de vida em fadiga, uma função de deslocamento (shift) foi proposta para a previsão de número de ciclos para falha de compósitos envelhecidos com base em dados de testes de fadiga em compósitos não envelhecidos. O estudo também mostrou que a falha por fratura pode não ser o melhor parâmetro para avaliação do efeito do envelhecimento higrotérmico na vida em fadiga de materiais compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras de carbono. Outros parâmetros como delaminação e saturação de trincas são também essenciais para avaliar a durabilidade desses materiais compósitos.