Relação entre resistência ao cisalhamento no plano e parâmetros processuais de co-cura de juntas em compósitos auto-reforçados de polietileno de matriz reprocessada

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Camargo, Felipe Vannucchi de
• Orientador(a): Bergmann, Carlos Perez
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Análise de tensões; Propriedades mecânicas; Compósitos termoplásticos; Polietileno de baixa densidade; Polietileno de ultra alto peso molecular
• Palavras-chave em Inglês: Stress analysis; Mechanical properties; Thermoplastic composites; UHMWPE; LDPE
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/215314

Este estudo investiga a otimização da resistência ao cisalhamento no plano de juntas de sobreposição co-curadas de fitas de compósito termoplástico unidirecionais autoreforçadas feitas com polietileno de baixa densidade (PEBD) reciclado e reforçadas por fibras de polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM) através da relação desta resistência com os parâmetros processuais de prensagem a quente para a conformação da junta (pressão, temperatura, tempo e comprimento). A matriz teve sua estrutura química analisada para verificar potenciais degradações devidas à sua origem de reciclagem. Matriz e reforço foram caracterizados termicamente para definir a janela de temperatura de processamento de junta a ser estudada, condizente com o intervalo entre as temperaturas de fusão dos materiais (Tf). Com base nestes experimentos, em uma extensa revisão da literatura e em conformações preliminares, os espectros dos parâmetros processuais a serem estudados de temperatura (90, 100, 110, 120 e 130ºC), pressão (1, 2, 3, 4 e 5 bar), tempo (1, 2, 3, 4 e 5 min) e comprimento de junta (12, 24, 36, 48 e 60 mm) foram definidos reunindo condições de cura intermediárias aos extremos nos quais as juntas podiam se formar sem que fossem degradadas estruturalmente durante sua cura. A elaboração das condições de cura dos corpos de prova foi feita de acordo com a metodologia de Projeto de Experimento de Superfície de Resposta de modo a gerar resultados estatisticamente significativos através de um número viável de experimentos, e a relação entre a resistência ao cisalhamento das juntas e os respectivos parâmetros de cura foi obtida através de equação de regressão gerada pelo método dos Mínimos Quadrados Ordinários, e otimizada através do método estatístico de Previsão de Múltiplas Respostas. Os mecanismos de fratura das juntas foram investigados. Devido ao caráter inovador do compósito estudado, a caracterização mecânica em tração do material também foi analisada, tanto micro quanto macromecanicamente. Devido às respectivas ineficiência e inexistência de normas técnicas para os ensaios de tração e de cisalhamento no plano de juntas co-curadas, metodologias de ensaio foram desenvolvidas. A análise química da matriz não demonstrou a presença de grupos carboxílicos que evidenciassem degradação por ramificações de cadeia e reticulação advindos da reciclagem do material, o que foi correspondido por sua caracterização mecânica revelando propriedades em tração iguais às do material virgem. As metodologias de ensaio propostas demonstraram ser eficazes, podendo servir futuramente como base para a constituição de novas normas de técnicas. Foi demonstrado que é possível obter juntas com resistência ótima ao cisalhamento de 6,88 MPa quando processadas a 1 bar, 115°C, 5 min e com 12 mm. A análise da fratura revelou que a ruptura por cisalhamento das juntas foi precedida por múltiplas fissuras longitudinais induzidas por sucessivos debondings, tanto dentro quanto fora da junta, devido à tensão transversal acumulada na mesma, proporcional a seu comprimento. A temperatura demonstrou ser o parâmetro de processamento mais relevante para a performance da junta, a qual é pouco afetada por variações na pressão e tempo de cura. O compósito de PEUAPM/PEBD se mostrou um material estrutural interessante a ser amplamente aplicado na indústria, com propriedades mecânicas específicas elevadas (em casos, maiores que as de carbono/epóxi), possibilidade de dano progressivo de juntas co-curadas (evitando falhas catastróficas repentinas) que podem ter uma resistência ao cisalhamento tão alta quanto aproximadamente 70% da resistência à tração da matriz, e reciclabilidade final.