O comportamento ortotrópico dos materiais compósitos torna bastante complexo o estudo das suas propriedades estruturais, visto que, nos cálculos de rigidez e resistência, faz-se necessário considerar as propriedades em cada direção, sem que estas interfiram nas outras. Os resultados destes estudos dependem fundamentalmente do comportamento micromecânico da adesão fibra / resina. Este comportamento é comandado basicamente por dois fatores: (i) aderência total da fibra na resina, e (ii) extração de fibras da matriz. Estes fatores podem ser analisados diretamente, utilizando a regra das misturas modificada, cujas condições são muito sensíveis às variações da engenharia de processamento, ou com análises que não sejam influenciadas por estes fatores, tal como a obtenção do ângulo de contato, que está diretamente relacionado à molhabilidade e, conseqüentemente, com a eficiência da adesão. Sendo assim, o presente trabalho levou a uma teoria de molhamento generalizada onde, através do desenvolvimento de um método numérico, permitiu o estudo do comportamento do ângulo de contato formado entre a fibra e a matriz polimérica. Para este estudo, diferentemente da teoria clássica de molhabilidade, considerou-se na solução do método numérico proposto, que os planos formadores da gota líquida são ortogonais elípticos, tendo em vista que as fibras naturais, e em particular a fibra sisal (objeto deste trabalho), possuem seção transversal próxima a esta geometria. Deste modo, a metodologia proposta permitiu obter o ângulo de contato para o sistema fibra sisal / matrizes poliméricas, e efetuar sua comparação com os valores obtidos de experimentos mais complexos, tal como o ensaio de extração de fibras. Em função desta comparação, foi necessário propor modificações à regra das misturas com o intuito de incluir parâmetros como: extração de fibras, fator de adesão e alinhamento de fibras, para prever, com maior exatidão, o comportamento macromecânico do compósito. Este mesmo comportamento também foi verificado através da relação existente entre as propriedades dos compósitos em resistência à tração, flexão e trabalho de extração de fibras, com o tratamento químico em solução aquosa de NaOH realizadas nas fibras de sisal. Os compósitos, cujas fibras foram submetidas a tratamentos químicos, tiveram sua propriedade em resistência à tração e flexão melhoradas, em consequência de uma melhoria na adesão da interface.

Este trabalho trata da obtenção e caracterização de compósitos de tecido de fibras de carbono de trama simples 1x1 (Plain Weave) impregnados com quatro tipos de matrizes poliméricas termoplásticas: poli(propileno) isotático (PP), copolímero de poli(propileno)-poli(etileno) (PP/PE), copolímero PP/PE com o agente de acoplamento AM1 e copolímero PP/PE com agente elastomérico AM2. As matrizes poliméricas foram caracterizadas pelas técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), reologia, absorção no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia óptica com estágio de aquecimento e difração de raios X. Os resultados obtidos nestas análises foram correlacionados e apoiaram a proposição de um ciclo térmico de processamento dos laminados por moldagem por compressão a quente. Os laminados são formados por quinze camadas de tecido de fibra de carbono 0o/90o . As quatro famílias de laminados processadas foram avaliadas por ultra-som mostrando que a consolidação das amostras não resultou em falhas de compactação. A determinação do teor de FC nos laminados, cerca de 60% (v/v), e as análises microestruturais por microscopia óptica de luz polarizada (MOLP) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmam o adequado estabelecimento dos parâmetros de processamento dos laminados. Os ensaios mecânicos mostram que o laminado FC-PP/PE-AM1 apresenta valores mais baixos de resistência ao impacto e mais altos de resistência à tração. As análises por MEV destas amostras fraturadas por impacto e por tração revelam uma boa adesão na interface entre fibra-matriz, atribuída ao agente AM1 que melhorou a interface reforço-matriz. Os laminados FC-PP/PE-AM2 apresentam valores mais baixos de resistência à tração e mais altos de impacto, indicando que o aditivo AM2 tenacificou a matriz. Os laminados de PP-PE e PP (sem modificadores na formulação) apresentam os valores mais baixos de resistência mecânica.

O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos poliméricos avançados tem como uma de suas finalidades, formar um conjunto de materiais que combinem alta resistência, alta rigidez e baixa massa específica. Esta combinação de propriedades é resultante da união de reforços de fibras com polímeros, tornando os compósitos particularmente atrativos como substituintes das ligas metálicas em aplicações aeronáuticas e espaciais. Os compósitos obtidos com termoplásticos de engenharia, em comparação aos compósitos termorrígidos, podem apresentar maior rigidez, maior resistência ao impacto, maior temperatura de serviço, menor absorção de água, menor custo de processamento, baixo custo de transporte e estocagem, maior facilidade na execução de reparos, maiores possibilidades de integração e possibilidade de reciclar rejeitos. Dentre os processos de conformação disponíveis para compósitos termoplásticos, a moldagem por conformação a quente com molde híbrido metal-borracha vem sendo muito utilizado devido ao seu baixo custo e elevada produtividade. Neste processo, o ciclo térmico e as cargas mecânicas envolvidas podem afetar a cinética de cristalização e causar deslocamentos da fibra em relação à matriz ou o aparecimento de vazios. Portanto, as propriedades da peça final podem ser afetadas. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência dos parâmetros de processamento, com ênfase nas variações de temperatura, nas propriedades mecânicas tais como módulo elástico e resistência obtidos por flexão e módulo elástico obtido por compressão para laminados de compósitos termoplásticos de poli(éter-imidia) (PEI) reforçado com fibra de carbono e poli(sulfeto de fenileno) (PPS) reforçado com fibra de carbono e de vidro. As propriedades mecânicas, cristalinidade e qualidade de compactação foram avaliadas e correlacionadas antes e depois do processamento por moldagem por compressão a quente em molde híbrido metal-borracha. As conclusões mostraram que os ciclos térmicos do processo de conformação utilizando os moldes mais frios, 50C e 100C para os compósitos de PEI e PPS, respectivamente, causaram um decremento nas propriedades medidas em flexão.

Compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de boro, de vidro, de aramida e de carbono estão sendo progressivamente empregados em aeronaves, mísseis e veículos espaciais com o intuito de reduzir massa e aumentar a estabilidade dimensional destas peças em diferentes faixas de temperatura e resistência ao impacto. Há uma crescente necessidade em aplicações civis e militares para materiais compósitos os quais tem características estruturais excelentes, aliada à boa resistência à penetração e alongamento após impacto. Este trabalho teve por finalidade mostrar quais são os principais materiais compósitos, aplicados em painéis balísticos, as principais técnicas de processamento e avaliar sua resistência ao impacto. Um exemplo prático de aplicação foi estudado analisando propriedades balísticas e de resistência à penetração de painéis utilizados para blindagem da porta de acesso à cabine dos pilotos de aeronaves de passageiros. Além do requisito balístico a porta tem a menor massa possível, pois se utilizou materiais compósitos de ultima geração como painel balístico laminado e autoclavado apresentando alta elongação e alto teor de fibras. Foi demonstrado quais materiais, processos de fabricação e ensaios foram utilizados para confecção do modelo de porta reforçada que hoje está em produção e equipando aeronaves comerciais nos quatro cantos do mundo.

Este trabalho apresenta o estudo do processamento de materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE) pelo uso de compósitos condutivos de negro de fumo (NF) impregnado in situ com o polímero condutor poli(o-metoxianilina) (POMA). Para isto, inicialmente, estudou-se a rota de síntese química da POMA, pelo uso de o-anisidina em meio ácido. Resultados de análise de FTIR, espectroscopia Raman e de UV-vis, difração de raios X mostram que o referido polímero foi obtido com sucesso na sua forma condutora. A partir da definição da rota de síntese da POMA e do NF/POMA, ambos preparados em resina epóxi, indica que o compósito condutivo mostra-se muito mais adequado que a POMA na preparação de MARE. Compósitos de NF/POMA resina epóxi apresentam valores de condutividade elétrica até cem vezes maior que amostras de POMA-resina epóxi e valores de atenuação de microondas de até 99,5% na faixa de frequância de 8 a 12 GHz.

Os materiais absorvedores de radiação, quando atingidos por uma onda eletromagnética, têm a sua estrutura molecular excitada, fazendo com que parte da energia incidente seja convertida em energia térmica. Normalmente, esses absorvedores contêm em suas formulações aditivos como materiais carbonosos, ferritas e polímeros condutores. O presente trabalho estuda o processamento de absorvedores híbridos via colagem de mantas poliméricas, colmeias e espumas, todas impregnadas com ferrita de MnZn e negro de fumo. Esta ferrita foi previamente selecionada por comparação com as ferritas de NiZn e MgZn. A caracterização dos materiais obtidos foi realizada pelo uso dos métodos do arco NRL e de inserção entre antenas, na faixa de 8 a 16 GHz. Os resultados mostram que as diferentes combinações dos aditivos geram materiais com diferentes níveis de atenuação da radiação incidente, sendo que os mais eficientes foram os obtidos como mantas de silicone dopadas com ferrita de MnZn e negro de fumo na proporção de 50/40/10, m/m, respectivamente, atenuando a radiação em torno de -10 dB. Foi verificado, também, que a atenuação da radiação nos absorvedores híbridos é definida pela primeira camada, mostrando que o processamento desses materiais é complexo, necessitando de estudos adicionais para melhorar a adesão entre as diversas camadas e, conseqüentemente, o casamento de impedância entre os diferentes materiais.

Com o contínuo crescimento de uso dos compósitos poliméricos estruturais na produção industrial de peças aeronáuticas, torna-se imperativo desenvolver técnicas de reparos de danos aplicáveis aos diversos tipos de laminados. O procedimento normalmente utilizado para definir o reparo de compósitos laminados envolve a simulação do dano em corpos-de-prova representativos dos componentes. Este trabalho apresenta a técnica de reparo estrutural, tipo chanfro, de laminados de carbono/epóxi, vidro/epóxi, aramida/epóxi de aplicação aeronáutica, pelo uso de tecido de carbono, aramida e vidro/epóxi. Os laminados de carbono, aramida e vidro/epóxi, sem e com reparos, foram submetidos ao condicionamento ambiental em duas condições diferentes (ambiente: 23 5 oC e 50 5 % de umidade relativa, e úmida: 65 5 oC e 95 5 % de umidade relativa), e os reparos foram realizados com quatro diferentes sobreposições das camadas de tecido (9,0; 12,7; 15,0 e 20,0 mm). Todas as famílias de reparo foram submetidas ao carregamento em tração sob temperaturas ambiente nos dois condicionamentos e elevada (82 oC) para condicionamento úmido, observando-se que os melhores resultados da propriedade mecânica avaliada foram obtidos com a sobreposição de 15,0 mm e para os laminados de fibra de vidro reparados com fibras de vidro. É verificado também que, o condicionamento com umidade e temperatura elevada diminui significativamente a propriedade mecânica de tração dos compósitos reparados, favorecendo a falha por descolamento entre o laminado base e o reparo (falha no adesivo). Os piores resultados de resistência dos reparos são obtidos para os laminados de carbono reparados com fibras de vidro e com sobreposição de 9,0 mm, favorecendo a ruptura na região do adesivo

O principal desafio na tecnologia de processamento de materiais compósitos estruturais é a obtenção de uma adequada interface/interfase entre o reforço e a matriz. Um método para modificar e controlar as propriedades físicas desta região interfacial é pela aplicação de um sizing (recobrimento) na superfície do reforço, antes de sua impregnação com a matriz polimérica. Atualmente, as poliimidas (PI) têm sido utilizadas como sizing, devido às suas altas temperaturas de transição vítrea (210 - 430C ou superior) e de decomposição (> 500C). Outra forma de utilização das PI como interfase está no emprego de uma técnica de processamento de compósitos termoplásticos bastante inovadora: a pré-impregnação via suspensão polimérica. Esta técnica envolve a impregnação do reforço, pelo contato deste em uma suspensão aquosa das partículas davmatriz polimérica de impregnação. Uma vez que, a fabricação de compósitos termoplásticos é dificultada pela alta viscosidade das matrizes fundidas, este método mostra-se bastante atrativo como uma alternativa às técnicas tradicionais de processamento. Além disso, a utilização do precursor da PI, os poli(ácido âmico) (PAA), como agentes responsáveis para promover a suspensão das partículas da matriz polimérica no sistema de pré-impregnação, oferece a vantagem deste, atuar como formador da região interfacial em compósitos. O objetivo do presente trabalho é comparar duas técnicas de processamento de compósitos termoplásticos: por moldagem por compressão a quente e por suspensão polimérica e analisar a influência da região interfacial formada na resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS) dos compósitos preparados. Neste trabalho foram feitas cinco diferentes sínteses de PAA para a utilização no processo de pré-impregnação via suspensão polimérica, pela variação dos dianidridos (BTDA e PMDA) e das diaminas (DHPr, ODA, DDS, Bis-P). O sucesso das síntese e da conversão dos PAA em PI foi confirmado por análise de DSC, TG, MEV, FTIR, GPC e RMN de sólidos. A partir dos PAA sintetizados foram preparadas suspensões com os polímeros PEEK, PPS, PEI e nylon 6/6, que foram utilizadas na preparação de pré-impregnados com tecidos de fibras de carbono. Os resultados de ILSS dos laminados obtidos pelas duas técnicas mostram que, de uma maneira geral, as PI formaram uma região interfacial que melhorou a adesão da fibra de carbono com as matrizes poliméricas estudadas.

Os compósitos poliméricos de resina epóxi são escolhidos preferencialmente para fins aeronáuticos e espaciais devido à relação entre custo e suas propriedades térmicas e mecânicas, sendo de vital importância conhecer e monitorar o ciclo de cura e correlacionar estas informações com as propriedades mecânicas e microestruturais finais para a otimização do processamento. As técnicas DSC e TG medem diretamente a extensão e a razão de conversão durante a cura somente até a ocorrência da gelificação, de forma que eventos relacionados às alterações reológicas durante a cura, como a gelificação e a vitrificação, não são observados por estas técnicas. A gelificação resulta da transição estrutural de uma molécula linear e ramificada para uma estrutura macromolecular tridimensional, ou seja, uma transformação rápida e irreversível de um líquido viscoso para um gel elástico, determinada pelo aparecimento de uma cadeia infinita. A vitrificação envolve a passagem de um estado líquido ou "borrachoso" para um estado vitrificado, como conseqüência do aumento da massa molecular antes da gelificação e da densidade de ligações cruzadas depois da gelificação, interrompendo as reações de cura. A técnica DMTA é sensível às grandes mudanças que ocorrem na rigidez, permitindo acompanhar a cura desde a gelificação até o final da reação, incluindo a vitrificação e posteriormente o comportamento do material curado. No presente trabalho estudou-se a influência das temperaturas de cura na gelificação e vitrificação do material e, conseqüentemente, nas temperaturas de transição vítrea, por meio das técnicas DSC e DMTA. Foram utilizados os pré-impregnados de fibra de carbono nas resinas epoxi F155 e F584 da Hexcel Composites. As análises foram realizadas nos equipamentos TGA-951 e DMA-983-TA Instruments. A análise TG permitiu calcular o teor de resina existente no compósito, o qual foi usado para corrigir os dados no DSC. A análise DSC, no modo dinâmico, forneceu o calor da reação, o efeito da razão de aquecimento sobre a cura e a Tg do material curado e, no modo isotérmico, o tempo e o estado de cura em várias temperaturas. Por meio da análise DMTA acompanhou-se o processo de gelificação pelo aumento do E, enquanto que na curva tand, puderam ser identificados os picos de gelificação e vitrificação. A Tg do material curado no modo isotérmico aumenta com a temperatura de cura (Tc) até um valor limite. Com a aproximação Tc se aproximando da Tg do material curado, observou-se uma tendência de diminuição do pico de vitrificação. Posteriormente, foram calculados os parâmetros cinéticos como a energia de ativação, ordem de reação e fator pré-exponencial por meio das técnicas Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), em condições não-isotérmicas e isotérmicas por meio do estudo dos métodos desenvolvidos por Ozawa (deslocamento da temperatura do máximo do pico) e Ozawa/Vyazovkin (isoconversional livre de modelo).

Este trabalho apresenta a preparação e a caracterização de materiais compósitos híbridos, chamados de Laminados Fibra-Metal (LFM), obtidos pela combinação de pré-impregnados (prepregs) de uso aeronáutico e de lâminas de alumínio adequadamente preparadas para garantir a adesão entre os componentes. Hoje, em nível mundial, a obtenção e o emprego adequado de LFM são temas atuais de estudo na área de materiais para o setor aeronáutico. Como contribuições deste estudo têm-se: (a) a preparação de LFM pela utilização de prepregs em forma tecidos, em substituição aos reforços unidirecionais, obtendo-se o Laminado de Fibra de Vidro Metal (LFVM) e o Laminado de Fibra de Carbono Metal (LFCM); (b) o tratamento superficial da lâmina de alumínio 2024 T3 Bare, pelo uso de um processo de anodização à base de ácido sulfúrico-bórico-oxálico (SBOA), e (c) o estudo do melhor procedimento para proteger regiões de corte e furação dos LMF preparados. O tratamento superficial proposto visa eliminar o Cr(VI) do tratamento convencional de anodização à base de ácido crômico (CAA), classificado como altamente poluente para o meio ambiente, tóxico e carcinogênico. Os LFM preparados pelos dois processos (SBOA e CAA) são avaliados por ensaios mecânicos (resistências à tração, impacto, cisalhamento, compressão e fadiga), de resistência à corrosão e de resistência ao fogo. Os resultados da caracterização dos LFM obtidos com alumínio tratado por SBOA mostram-se equivalentes ou superiores aos obtidos com o tratamento CAA, validando o tratamento alternativo (SBOA) proposto. Finalmente, apresenta-se uma discussão crítica que envolve as vantagens e desvantagens dos LFM processados.