Avaliação da influência de diferentes matrizes termoplásticas semicristalinas nas propriedades de fadiga de compósitos reforçados com fibras de carbono - Moraes, Dijan Vinicius Osti de [UNIFESP] (2024)
Os compósitos poliméricos reforçados com fibra de carbono (FC) dominam o segmento dos materiais compósitos estruturais, tanto em quantidade quanto em custo. Atualmente, nessa área, há grandes esforços para substituir gradativamente o uso de compósitos de matriz termorrígida reforçada com FC por matrizes termoplásticas, em diferentes usos tecnológicos, até mesmo em componentes com grande reponsabilidade agregada, como no setor aeronáutico. As matrizes termoplásticas apresentam algumas vantagens, como menor custo de manufatura, maior tenacidade à fratura, boa resistência ao impacto, além da possibilidade de reciclagem. Quando em uso, os materiais ficam sujeitos a tensões dinâmicas e flutuantes, com a possibilidade de falhas por fadiga, sendo que esse tipo de falha, decorrente de carregamentos cíclicos, uma das principais causas de perda de componentes. Todavia, a literatura mostra um reduzido número de estudos abordando as propriedades cíclicas de compósitos com matriz termoplástica, ao contrário do observado para materiais metálicos e compósitos termorrígidos. Assim, este estudo visa contribuir nessa área com o estudo da influência de três diferentes matrizes termoplásticas de engenharia, poli(sulfeto de p-fenileno) (PPS), polieteretercetona (PEEK) e poliariletercetona (PAEK), na vida em fadiga de compósitos termoplásticos reforçados com o mesmo tipo de reforço em FC. Os resultados dos ensaios mecânicos mostraram que a matriz influenciou as propriedades estáticas dos compósitos, principalmente a rigidez, destacando o compósito de FC/PEEK com maior rigidez (42,3 ± 0,5 GPa) e o de FC/PPS com o menor desvio padrão na resistência em tração (599 ± 12 MPa), mostrando maior previsibilidade das propriedades mecânicas estudadas. A matriz também influenciou os ensaios de fadiga. Nesse caso, o laminado de FC/PAEK apresentou a menor dispersão dos resultados, sugerindo maior previsibilidade e o de FC/PEEK exibiu a maior resistência à fadiga em relação ao de FC/PPS. Os limites de fadiga variaram de 405 a 455 MPa para o laminado de FC/PPS e de 410 a 460 MPa para o de FC/PEEK, com o de FC/PAEK necessitando de mais testes para determinar o seu limite. Em termos de queda de resistência sob carga cíclica, o compósito de FC/PEEK apresentou a menor redução, mantendo de 73 a 83% da sua resistência estática, enquanto o de FC/PPS variou entre 67 e 76% e o de FC/PAEK apresentou a maior queda. As análises fractográficas evidenciaram que os três compósitos apresentaram ótima adesão reforço-matriz, sem delaminação ou arrancamento de fibras após os ensaios mecânicos, garantindo a transferência de esforços da matriz para o reforço.