Comportamento mecânico e balístico de laminados híbridos de aramida/vidro

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Silva, Amanda Albertin Xavier da
• Orientador(a): Amico, Sandro Campos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Compósitos híbridos; Fibras de aramida; Fibras de vidro; Comportamento mecânico; Balística
• Palavras-chave em Inglês: Hybrid laminates; Glass fibers; Aramid fibers; Permeability; Mechanical properties; Ballistic impact; Quasi static indentation; Vacuum infusion
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/252946

O uso de diferentes reforços em uma única matriz permite expandir ainda mais a gama de propriedades de materiais compósitos, incluindo a resistência ao impacto, em comparação ao uso de um único reforço. Assim, o objetivo desta tese é investigar a influência da hibridização de laminados de fibras de aramida com fibras de vidro de alto desempenho, fabricados por infusão a vácuo, na permeabilidade, em diferentes carregamentos mecânicos, em situações de impacto balístico e na resposta a ensaios de indentação quase estática (QSI), visando melhorar a processabilidade dos laminados e a capacidade de absorção de impacto e resistência a penetração. Primeiramente, foram estudados cinco diferentes laminados de vidroR/aramida/epóxi, com cinco camadas. Foram realizadas medidas de permeabilidade aparente no plano dos reforços e ensaios mecânicos (tração, compressão, flexão e short beam) dos compósitos finais. No estudo posterior, laminados vidro-S2/aramida/epóxi foram produzidos com 12 camadas, sendo cinco híbridos, um com apenas aramida (K12) e outro com vidro-S2 (Gl12). Um laminado de vidro-S2 extra foi produzido com 18 camadas (Gl18). Os ensaios de impacto balístico foram realizados de acordo com a EN 1522 FB3, foram determinas as curvas balísticas para obtenção da velocidade limite balística (VBL). No terceiro estudo, laminados de vidro-S2/aramida/epóxi foram produzidos em oito configurações diferentes, com fibras de aramida ([K]4S), com fibras de vidro-S2 ([G]8S), e seis híbridos, [G6K5], [G8K4] [G10K3], [K2G4]S, [G2K]S2 e [G4K2]S, mantendo uma espessura de ≈4 mm. O efeito da hibridização e do empilhamento foi investigado nas propriedades de flexão, short beam, análises dinâmicomecânicas (DMA), e QSI. A hibridização melhorou a qualidade final dos laminados, com redução da quantidade de vazios (%Vv). A inclusão de tecidos de vidro-R aumentou a permeabilidade em relação à aramida, e um efeito sinérgico foi identificado. A inclusão de tecidos de vidro-R fornece uma maior resistência e rigidez em tração e flexão, e maiores resistências a compressão e short beam, sendo os valores mais altos para o laminado puro de vidro-R. Analisando os impactos balísticos ≈430 m/s, tanto o K12 quanto o Gl18 foram perfurados, mas o laminado Gl18 absorveu maior energia , com uma espessura inferior ao laminado K12 (205 J e 177 J, respectivamente). O híbrido com três camadas de vidro-S2 e nove de aramida (Gl3K9) foi capaz de absorver maior energia (190 J) em comparação ao K12, apesar de apresentar menor espessura e densidade de área. Os laminados com seis camadas de vidroS2 e seis de aramida, G6K6, [GlK]6 e K6G6, apresentaram desempenho semelhante em relação à velocidade limite balística, com um pequeno aumento na Eabs quando a aramida estava na superfície de impacto. Diferenças significativas nas propriedades mecânicas e dinâmicomecânicas (efeito do empilhamento) foram observadas para os híbridos [K2G4]S, [G2K]2S, [G4K2]S e [G8K4]. O fator de adesão (A), obtido através dos resultados dos ensaios de DMA, apresentou a correlação mais próxima com a capacidade de absorção de energia dos laminados. Um efeito híbrido positivo foi observado para os laminados com fibras de vidro-S2 na superfície superior ([G6K5] e [G8K4]) nos ensaios de QSI, o laminado [G6K5] apresentou uma resistência à penetração e energia absorvida (9,9 kN e 55 J, respectivamente) maior que a dos laminados puros [G]8S (5,9 kN e 41 J) e [K]4S (8,6 kN e 46 J). Ao todo, a hibridização dos laminados de aramida com vidro pode levar a uma processabilidade aprimorada por infusão a vácuo e permitir uma gama de propriedades mecânicas, sendo uma alternativa na expansão das aplicações para laminados rígidos de aramida. E a hibridização de laminados de aramida com vidro-S2 pode aumentar a capacidade de absorção de impacto e a resistência à penetração, otimizando a aplicação em componentes submetidos a cargas de impacto balístico e de baixa velocidade mantendo a capacidade de suporte de cargas.