Estudo numérico-experimental da permeabilidade transversal de pré-formas fibrosas - Trindade, Rafael Scheer (2021)
Um conhecimento aprofundado do comportamento da matriz polimérica no estado líquido escoando através de reforços fibrosos traz benefícios na fabricação de materiais compósitos principalmente ao considerarmos esse escoamento na direção transversal ao plano dos reforços. Isso é devido ao avanço na utilização de compósitos de maior espessura que trouxe, por sua vez, esse desafio tecnológico. Assim, para otimizar a etapa de impregnação dos reforços, que leva ao aumento da qualidade final desses compósitos e a redução de custos, deve-se conhecer as principais componentes da permeabilidade dos reforços. Esse desafio motivou a pesquisa desse trabalho de forma a avançar o conhecimento com relação a componente transversal da permeabilidade, Kzz, e como ela é afeta pelas características dos reforços em uma ampla faixa de frações volumétricas de fibra (Vf). Para tanto, um equipamento de medição de Kzz foi projetado, construído e utilizado no ensaio de diferentes reforços. Parâmetros de teste como a espessura da pré-forma e o fluido de trabalho foram avaliados, seguido do efeito do tipo de reforço e do Vf, bem como ensaios de permeabilidade no plano e compressão de camadas empilhadas de tecidos também foram realizadas para contribuir com o entendimento do efeito das características dos reforços no Kzz. As mantas de fibras curta apresentaram os maiores valores de permeabilidade, enquanto dentre os tecidos aqueles com arquitetura menos compacta, e de menor tex, foram os que apresentaram maior Kzz. Além disso, foi verificado uma mudança importante de comportamento no escoamento transversal com relação ao Vf. Para teores de fibra de até 50% os espaços entre os feixes em uma mesma camada de reforço, bem como o alinhamento desses espaços em camadas adjacentes, leva a elevados valores de Kzz. Por outro lado, quando o teor de fibra é maior do que 50% há aumento da compressão que desalinha feixes e diminui o Kzz. A partir daí, a elevada compressão dos reforços faz com que o caminho preferencial seja através dos feixes que de forma que a permeabilidade se reduz significativamente. Visando complementar e aprofundar o estudo, adaptou-se uma metodologia numérica usando o método de volumes finitos e resolvendo as equações de conservação da massa e quantidade de movimento em conjunto com a lei de Darcy para obter a solução do escoamento. Após os testes de independência de malha, os resultados numéricos foram comparados aos experimentais e, dada a proximidade desde, foi definida a possibilidade de utilizar essa metodologia adpatada para realização de novos estudos do escoamento transversal em meios fibrosos.