O crescimento da utilização de materiais compósitos na indústria aeronáutica, abrangendo estruturas com maiores requisitos a esforços mecânicos, desperta grande interesse por redução nos custos de fabricação dos mesmos. Pode-se considerar o custo dos materiais compósitos basicamente como função da matéria-prima, da laminação, do método de fabricação e dos processos de acabamento. Para a indústria aeronáutica o processo de moldagem em autoclave é predominante e o tempo despendido do processo de cura é uma variável fundamental. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do efeito de massa e da taxa de aquecimento da cura no perfil térmico, considerando uma redução no tempo de processo, nas propriedades mecânicas de compósitos de fibras de carbono/epóxi. Durante o estudo foram executados ensaios de cisalhamento interlaminar, análise térmica dinâmico-mecânica (DMA) e vibração livre amortecida em quinze compósitos de geometria plana, que se distinguem pela quantidade de camadas e pelo ciclo de cura aplicado. Os resultados obtidos mostraram que taxas de aquecimento contínuas, de 1,0 C/min até 3,0 C/min, até a temperatura final de cura, não provocam variações nas propriedades mecânicas do compósito final, o que possibilita uma redução no custo de processamento.

A utilização da técnica de VaRTM para a fabricação de moldes para peças de compósito visa, entre outros aspectos, atender ao requisitos de tolerância dimensional do produto e redução de custos. Este trabalho visa estabelecer experimentalmente as diretrizes de projeto para a fabricação de moldes utilizando esta técnica. Foi projetado um modelo para representar a geometria característica do problema, com uma superfície côncava com o ângulo variando de 30 a 90, de um lado, e do outro uma superfície convexa, com o ângulo variando de 90 a 150. Com esse modelo estabeleceram-se os limites para fabricar um molde que atinja os requisitos dimensionais necessários sem a presença de defeitos. A análise visual foi utilizada para a inspeção desses defeitos, através de cortes transversais realizados nos moldes fabricados. A inspeção por ultrassom em regiões com pequenos raios de curvatura é impossível de se realizada. Os resultados mostram que o tipo de tecido e sua maleabilidade são fatores que influenciam diretamente na delaminação das superfícies curvas. Além desses fatores, garantir uma boa acomodação das primeiras camadas de tecido é primordial para a redução de defeitos.

O objetivo do trabalho é a obtenção dos fatores de amplificação de tensões gerados por carregamentos mecânicos e térmicos em um material compósito, utilizando-se da teoria micro-mecânica e modelagem por elementos finitos. A teoria micro-mecânica se distingue de estudos macro-mecânicos por levar em conta as diferenças de propriedades dos constituintes do material compósito. Considerando as individualidades dos constituintes é possível caracterizar os níveis de tensões em cada um dos materiais e em sua interface. Partiu-se da modelagem tridimensional por elementos finitos de um volume representativo convencional e foram realizadas simplificações, mostrando que modelos mais simples podem ser utilizados sem prejuízo da análise. Diversos resultados numéricos são obtidos e comparados com a literatura. .

A aplicação de materiais compósitos em estruturas aeronáuticas extraindo-se sua máxima capacidade de resistir a fenômenos mecânicos não é tarefa simples. Muito das dificuldades são oriundas das características não lineares da formulação das matrizes da relação constituinte do material compósito originadas das relações trigonométricas para determinação dos termos das matrizes de rigidez do material. Tais dificuldades são notórias em diversas publicações abordando processos de otimização de materiais compósitos. Contudo, uma abordagem mais simples é passível de ser explorada através dos parâmetros de laminação. A aplicação de tal conceito aliado à utilização de algoritmo robusto e eficiente, assim como do conceito de bancos de laminados para determinação das regiões viáveis de projetos permite a otimização de estruturas aeronáuticas perante os fenômenos de impacto transversal e flambagem linear. No primeiro caso, impacto transversal, é proposto a utilização de equações fechadas para a solução do problema de impacto transversal de baixa massa. Códigos FORTRAN são utilizados para realizarem a otimização para diferentes espessuras de placas laminadas. Apesar de apresentar limitações de utilização, as equações fechadas demonstram-se como uma boa ferramenta, especialmente, na determinação do número de camadas mínimo para resistir ao fenômeno de impacto. No caso da otimização da carga de flambagem, códigos FORTRAN são utilizados aliados ao software ABAQUS para a solução do problema de flambagem linear via solução do problema de autovalor. Um metamodelo linear é utilizado para a estimativa das funções objetivo. O processo demonstra-se muito robusto e eficiente na determinação do ótimo global para problemas de flambagem linear de placas laminadas sujeitas a cargas uniaxiais.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver duas novas propostas de reparos estruturais em juntas mecânicas de compósitos laminados tipicamente utilizadas na indústria aeronáutica. Tratam-se de juntas de laminado de carbono com furos deslocados. Em um dos métodos foi utilizado um elemento metálico instalado na região afetada pelo deslocamento da furação. A outra proposta consiste na adesão de batoques de laminados compósitos pré-fabricados aderidos nas faces da junta. Ensaios de bearing (esmagamento) e pull-out (arrancamento) foram realizados na temperatura ambiente (RTA - room temperature ambient) e úmida elevada (ETW - elevated temperature wet) de forma a comprovar a eficiência destes reparos. Na temperatura ambiente, as propostas de reparos com adição de elementos metálicos e com utilização de batoques laminados apresentaram resistências mecânicas equivalentes a 82% e 78% do laminado original, respectivamente. Na condição ambiental úmida e elevada, mostraram resultados equivalentes a 80% e 68% do laminado original, respectivamente.

As imposições de mercado, domínio e transferência de tecnologias específicas sempre foram barreiras impostas por países desenvolvidos, especialmente, as aplicações exclusivas na obtenção de materiais avançados para uso restrito do setor espacial e militar. Esses obstáculos têm suscitado desafios e despertado o interesse nacional em desenvolver novos materiais, pesquisar métodos e processos para servir outros desenvolvimentos. Dentre esses, os compósitos que atendem o Programa Nacional de Atividades Espaciais, especificamente, os que proporcionam o desenvolvimento de novos processos de fabricação de compósitos carbono/carbono, são considerados de maior interesse. O presente estudo versa sobre a aplicação do processo de densificação rápida CLVI (Chemical Liquid Vapor Infiltration) para a fabricação dos Compósitos Reforçados com Fibra de Carbono (CRFC). Por ser material nobre de aplicação aeroespacial, obtido pelo processo de densificação rápida (CLVI), patenteado em 1984, há poucas publicações e informações na literatura mostrando sua viabilidade. Como inovação foram utilizados precursores não tradicionais de carbono para a fabricação dos CRFC, tais como: o etanol e o óleo de soja, para formar a matriz de pirocarbono. A adoção de precursores de origem vegetal garantem uma drástica redução dos impactos ambientais causados pela produção de carbono/carbono e utiliza de recursos renováveis disponíveis na agricultura nacional. Os pirocarbonos produzidos com o óleo de soja, etanol e hexano foram processados nas temperaturas de 900C, 1000C, 1100C e 1200C. As amostras de carbono obtidas foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura, microscopia óptica, difração de raio-X e espectroscopia Raman. Os resultados mostraram as vantagens e desvantagens na aplicação do processo CLVI e os detalhes da caracterização correta das microestruturas produzidas, especificamente para os CRFC produzidos.

Compósitos de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CRFC) pertencem à classe de materiais termoestruturais e são utilizados em aplicações de demanda termomecânica extrema. A título de exemplo pode-se mencionar o uso desses materiais em sistemas de proteção térmica de componentes aeroespaciais. O processamento desses compósitos envolve rotas em fase líquida e fase gasosa. Em ambas as rotas o uso de ciclos de tratamento térmico resulta em mudanças na morfologia, microestrutura e propriedades termomecânicas, que podem ser monitoradas por resistividade elétrica. A resistividade elétrica é ferramenta bastante utilizada no monitoramento de processos industriais e controle de qualidade de materiais, mas pouco explorada para compósitos CRFC. Neste trabalho, o processamento dos compósitos CRFC foi monitorado por medidas de resistividade elétrica em corrente contínua, por amostragem, em diferentes níveis de temperatura de tratamento térmico (Processo Isotérmico), e em tempo real (Processo Dinâmico). As medidas foram realizadas a partir da temperatura ambiente até 1000oC, faixa crítica de mudança micro estrutural e morfológica durante o processamento do compósito CRFC. Fitas unidirecionais (UD) e bidirecionais (2D) de fibras de carbono, obtidos de fibras de poliacrilonitrila (PAN) e fibras de Rayon, foram utilizados como reforço na manufatura dos compósitos. Uma preforma tri-direcional (3D) também foi utilizada nos experimentos. A matriz precursora de carbono utilizada foi a resina fenólica. A resistividade elétrica de compósitos é função da direção de orientação de fibras de carbono. As medidas de resistividade elétrica foram efetuadas em temperatura ambiente, pelos métodos de duas pontas e de quatro pontas, para os materiais obtidos em processo isotérmico. Medidas dinâmicas foram também obtidas pelos métodos de duas pontas e de quatro pontas para efeito de controle de processo em tempo real. Nos compósitos (3D) (preforma) foram realizadas somente medidas dinâmicas, por ambos os métodos. Embora ocorra aumento no volume de poros, durante tratamento térmico dos compósitos, que impede a passagem de corrente elétrica no material, em ambas as medidas (isotérmicas e dinâmicas) a resistividade elétrica dos compósitos 2D e 3D reduz à medida que a temperatura atinge 1000 oC, como resultado da transformação do material isolante (resina fenólica) em matriz condutora (carbono vítreo). As diferenças nos valores de resistividade elétrica nos compósitos 2D e 3D refletem a dependência do tipo de fibras de carbono e fração em volume de fibras utilizadas na manufatura dos compósitos, bem como a temperatura de tratamento térmico.

A viabilidade de utilização de materiais compósitos de matriz orgânica em turbinas hidráulicas é abordada no decorrer deste trabalho. A abordagem específica é voltada à aplicação dos materiais compósitos em palhetas diretrizes dos distribuidores das turbinas. O trabalho descreve os parâmetros de projeto, operação e fabricação das palhetas diretrizes de acordo com as tecnologias atuais. Adicionalmente são exploradas as potencialidades dos materiais compósitos levando-se em consideração as propriedades mecânicas, físicas e químicas destes materiais para a aplicação em palhetas diretrizes. Sob esta ótica, foi explorada a resistência dos materiais compósitos quanto à umidade, ao desgaste e ao impacto identificando as potencialidades e limitações referentes a estes aspectos comparando-os por sua vez com os requisitos de projetos das palhetas diretrizes. Na fase de desenvolvimento do trabalho foi escolhido um projeto de referência de palheta diretriz que foi utilizado para a realização das análises comparativas das propostas de materiais compósitos apresentadas neste trabalho. As comparações das análises estruturais foram realizadas através do método de elementos finitos com o software ANSYS e módulo específico de materiais compósitos ACP. Basicamente foram realizadas análises globais quanto ao comportamento mecânico focando-se essencialmente na deformação do perfil e rotação dos mancais das palhetas como critério de comparação entre os projetos. Os resultados das análises mecânicas foram comparados entre as diferentes propostas analisadas, juntamente com as análises quanto às propriedades físicas e químicas dos materiais compósitos bem como o comparativo econômico das soluções mais promissoras. Por sua vez, as conclusões do trabalho ponderam as potencialidades e limitações dos materiais compósitos de matriz orgânica na aplicação de palhetas diretrizes e em turbinas hidráulicas de uma forma geral.

Compósitos do tipo sanduíche são largamente empregados em diversos setores industriais devido à sua capacidade de combinar alta rigidez à flexão a baixos pesos possibilitando, desta forma, o projeto e concepção de estruturas altamente eficientes. Além disso, este tipo de material ainda apresenta boas características como isolante térmico, acústico e em certos casos capacidade anti-chama. Assim sendo, a caracterização das suas propriedades mecânicas de maneira confiável torna-se de suma importância para sua aplicação e desenvolvimento. No presente trabalho é apresentada uma técnica alternativa para obtenção do módulo de cisalhamento de materiais utilizados como núcleo de estruturas sanduíche diferente das padronizadas pelas normas técnicas vigentes, através da medida direta de deformações de cisalhamento no corpo de prova através do uso de extensometria ótica pelo método de correlação de imagens em escala de cinza. Para tanto, foi utilizado um equipamento comercial capaz de medir, em tempo real, rotações entre pontos predefinidos nos corpos de prova a serem ensaiados, sem a necessidade de contato com os mesmos. A verificação do método foi realizada utilizando-se dois diferentes tipos de núcleo, a saber, Nomex honeycomb e espumas poliméricas de Poli Cloreto de Vinila (PVC). Os valores obtidos foram comparados com valores fornecidos pelos fabricantes e apresentaram, em média, bons resultados.

A produção de materiais plásticos tem se elevado para 169 milhões de toneladas no mundo, no ano de 2003. Uma parte considerável destes polímeros sintéticos, 36% na Europa são destinados ao setor de embalagens. Estas matérias primas são utilizadas por um período de tempo bastante curto e geram um volume de descartes importante. Mesmo com um desenvolvimento considerável de linhas de gestão dos descartes, seu tratamento e sua eliminação colocam ainda problemas provenientes da dificuldade em reutilizar tais embalagens na forma em que são geradas, seja pelo estado de limpeza em que são descartadas, seja pela composição multi-material que é utilizada para sua produção. O presente trabalho busca o reaproveitamento de Embalagens Cartonadas pós-consumo como reforço em compósito com Polietileno de baixa densidade para i) maximizar o teor de ELV empregada no compósito e ii) melhorar o aspecto visual do compósito por meio de incorporação de concentrado de cores e corantes. Por meio do processo de extrusão, preparou-se o compósito na forma granulada. O material granulado foi moldado por injeção para obtenção dos corpos-de-prova para ensaios de tração. As propriedades viscosimétricas do compósito foram avaliadas por meio do Índice de Fluidez e a morfologia do compósito foi avaliada por meio de microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva de raio X. Nas condições do trabalho pode-se afirmar que o teor de Embalagem Cartonada que apresenta o melhor conjunto de propriedades de tração está entre 20 e 25% (p/p) no compósito; a utilização de concentrado de cor para melhoria do aspecto visual do compósito não tem influência no conjunto de propriedades de tração do mesmo. / Plastics materials production has increased to 169 million tons in the world in 2003. A great part of these synthetic polymers, it means 36% in Europe are used in packaging applications. These raw materials are used for a short time and produces a great volume of residues. Even with a great development of residues management, its treatments and elimination causes several problems due to difficulty in reuse these packages as its were discarted or the state of dirtiness in which they are discarted or even by the composition multi-material of these packages. This work has as a goal the reuse of Carton Packages (CP) post-use as a reinforcement in a Low Density PolyEthylene (LDPE), to i) maximize the content of CP in the composite and ii) improve the composite visual aspect by means of color masterbatches. With aid of extrusion process, the granuleted composite was prepared. These granulated was moulded by injection to obtain test specimens for mechanical tests. Composites viscosimetric proprierties and morphology were evaluated by means of Melt Index and Scanning Electronic Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS). In the work conditions it can be postulate that the best content of CP in the composite that gives the best mechanical properties is between 20 and 25% (w/w); the use of color masterbatches for improve the composite visual aspects has no influence over mechanical properties.