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.

Usualmente, componentes termoplásticos estruturais são obtidos pela técnica de moldagem por compressão a quente, porém a dimensão da peça é limitada pelo tamanho e capacidade da prensa. Procurando contribuir para ampliar a aplicação de compósitos termoplásticos, pela possibilidade de se fabricar peças maiores e com maior potencial de integração, pelo uso de infraestrutura já disponível em processadores de compósitos, este trabalho aborda o processamento de laminados de poli(sulfeto de fenileno) (PPS) reforçado com fibra de carbono em autoclave, pelo uso de quatro diferentes ciclos de consolidação. Os resultados mostram a viabilidade da consolidação do compósito termoplástico de PPS/fibra de carbono em autoclave, em substituição à moldagem por compressão a quente. Resultados de inspeção por ultrassom revelam que os laminados processados apresentam-se homogêneos e sem descontinuidades. Análises de DSC mostram que as porcentagens de cristalinidade dos laminados variam entre 18-30% em função dos parâmetros de processamento utilizados nos quatro ciclos estudados, sendo que o ciclo com menor taxa de resfriamento (1-5 C/min) favoreceu a maior cristalinidade da matriz polimérica (30%). Resultados dos ensaios mecânicos realizados (compressão, flexão e cisalhamento interlaminar) mostram valores equivalentes aos apresentados na literatura para laminados processados por moldagem por compressão a quente e, também, que as amostras com maior cristalinidade apresentam menor resistência à compressão, uma vez que o maior grau de cristalinidade promove uma maior fragilização da matriz polimérica.

O aumento da aplicação de compósitos poliméricos estruturais, principalmente nos setores aeronáutico e naval, resulta no inevitável contato desses materiais com líquidos e vapores, que podem afetar o desempenho mecânico dos componentes produzidos. Dadas estas observações, o presente trabalho objetiva contribuir no entendimento dos efeitos de diferentes condicionamentos ambientais no comportamento mecânico de compósitos de fibra de carbono/resina epóxi 8552. São avaliados cinco diferentes tipos de condicionamentos: ambiente, higrotérmico (80oC e 90% de umidade relativa), névoa salina, ozônio e imersão em água. Foram realizados ensaios de resistências à compressão, cisalhamento interlaminar e de tração longitudinal e transversal foram realizados às temperaturas ambiente (22oC) e elevada (82oC). Os resultados obtidos mostram que o comportamento mecânico dos compósitos estudados é principalmente afetado pela exposição em ambientes úmidos, como condicionamentos em câmara higrotérmica e por imersão em água. Condicionamentos em ambiente de névoa salina e em ozônio mostram-se também deletérios ao comportamento mecânico do material, mas em menor intensidade, pelo fato da difusão de água no compósito não ser favorecida em ambiente salino e do ataque do ozônio ocorrer preferencialmente na superfície externa do material. Análises fractográficas das superfícies de fratura mostram que o decréscimo das referidas propriedades mecânicas é acompanhado da degradação da matriz polimérica, com a presença de delaminação e enfraquecimento da interface.

Neste trabalho foram avaliadas três condições de soldagem por resistência em um compósito híbrido de fibra de vidro e fibra de carbono com matriz de PPS. Os métodos utilizados para caracterizar a soldagem foram: 1 - Avaliação da tenacidade à fratura interlaminar em modo I da junta soldada pela técnica DCB; 2 - Avaliação da resistência ao cisalhamento interlaminar através do ensaio de flexão em 3-pontos em vigas curtas; 3 - Inspeção não-destrutiva pelo método de ultrassom; 4 - Avaliação micrográfica da seção soldada; e 5 - Análise de falha da superfície de fratura. Das propriedades avaliadas, GI e cisalhamento interlaminar, os corpos-de-prova soldados apresentaram características que se situaram entre as condições de referência (laminados sólidos produzidos em autoclave e laminados sólidos produzidos por co-consolidação). Em termos do ensaio de tenacidade à fratura interlaminar em modo I os resultados permitiram avaliar a qualidade da soldagem nesse modo de solicitação.

O interesse na utilização de compósitos de matriz termoplástica tem crescido continuamente na indústria aeroespacial, demandando a necessidade de ampla investigação do comportamento mecânico desses materiais para verificação da viabilidade de sua aplicação no produto. A proposta deste trabalho é avaliar as influências da fadiga (4,0 × 104 e 8,0 × 104 ciclos) e das condições ambientais (-55C, 23C, e 82C/Umid) na resistência final à compressão do compósito termoplástico poli(sulfeto de fenileno) reforçado com fibra de carbono, por meio de ensaios de compressão com furo induzido (Open-Hole Compression - OHC). Análises do efeito da fadiga evidenciam que às temperaturas de -55 e 23C, as resistências OHC finais foram 6-13% e 5-10% maiores para os corpos-de-prova fadigados que para os não-fadigados; na análise pós-falha, observa-se uma maior quantidade de delaminações ao redor do furo para os corpos-de-prova que sofreram fadiga em comparação aos que não sofreram fadiga, possivelmente devido a separações das fibras e delaminações durante o ensaio de fadiga, causando a redução da concentração de tensão no furo e assim o aumento de sua resistência final. Na condição 82C/Umid, não há alteração na resistência OHC com a ciclagem: a temperatura próxima à temperatura de transição vítrea (Tg) associada à umidade pode ter resultado em amolecimento da matriz, sugerindo uma redução na separação das fibras durante a ciclagem, observando-se características de falha similares, apresentando mínima delaminação na região do furo. Análises do efeito da temperatura mostram que resistências OHC finais diminuem com o aumento da temperatura e nota-se uma maior quantidade de danos com a diminuição da temperatura de ensaio. Da condição 23C para 82C/Umid, a resistência à compressão do compósito diminui em 6-7%, 13-20% e 18-20% após 0 ciclos (estático), 4,0 × 104 e 8,0 × 104 ciclos, respectivamente, uma vez que a temperatura próxima à Tg da matriz, associada com umidade, resulta no seu amolecimento, reduzindo o suporte lateral às fibras 0, direcionando para uma falha devido à instabilidade da fibra. Por outro lado, uma baixa temperatura (-55C) melhora a resistência à compressão em 8-10%, 13-14% e 4-7% após 0 ciclos (estático), 4,0 × 104 e 8,0 × 104 ciclos, respectivamente, quando comparado com a condição 23C, podendo ser atribuído a interfaces fibra-matriz mais compactas aumentando a contribuição da fibra para resistência à compressão. Observam-se características de falhas por compressão, como bandas de torção e microflambagem das fibras fora-do-plano, nos corpo-de-prova pós-falha para todas as condições ambientais.

O presente trabalho tem por objetivo estudar e desenvolver uma argamassa polimérica de características elastoméricas utilizada na fabricação dos chamados "lábios poliméricos" para juntas de dilatação elásticas. Esta argamassa é formada por um pré-polímero de uretano, cargas minerais, pigmento, solvente e agente de cura amínico. Com intuito de estudar esta argamassa, foram realizados ensaios mecânicos como: resistência à tração, alongamento, compressão e dureza, de modo a se compararem os resultados obtidos aos de uma argamassa elastomérica similar. Também são estudadas as propriedades dinâmico-mecânicas do elastômero e da argamassa pela Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA). Estes ensaios têm por objetivo comprovar que a amina aromática líquida, ETHACURE 300, utilizada como agente de cura neste trabalho pode substituir, a amina aromática MOCA, que é a mais utilizada mundialmente na obtenção de elastômeros de alto desempenho, mas que, no entanto, é sólida à temperatura ambiente, o que a torna inadequada para trabalhos em campo, além de ser agente cancerígeno. Devido aos diversos problemas com adesão apresentados pelo concreto, um outro objetivo deste trabalho é comprovar o aumento da adesão ao concreto através de aditivos com base em compostos organo-silânicos. Para compreender melhor a atuação destes aditivos os mecanismos de adesão da argamassa elastomérica ao concreto, também foram estudados. A argamassa elastomérica, alvo deste estudo, demonstra apresentar flexibilidade, alongamento, baixa perda por abrasão e cura no mínimo duas vezes mais rápida em relação à argamassa epoxídica, utilizadas para o mesmo fim. Este trabalho também demonstra que o ETHACURE 300 pode substituir o MOCA, pois apresenta propriedades mecânicas e dinâmico-mecânicas (DMTA) similares. Por outro lado, verifica-se o aumento da adesão da argamassa ao concreto, em até 94 %, com o uso de aditivos promotores de adesão com base em compostos organo-silânicos.

Neste trabalho encontra-se apresentada a produção de compósitos termoplásticos pela impregnação de fibras de carbono contínuas com poliamida 6/6, utilizando o processo de polimerização interfacial. Para isto, foi projetado e construído um sistema de polimerização interfacial, no qual foram utilizados como monômeros para a síntese da poliamida 6/6, o cloreto de adipoíla e o hexametilenodiamina. Após a impregnação dos cabos de fibras com a poliamida recém sintetizada foi produzido um tecido e este foi laminado e submetido ao processo de moldagem por compressão a quente, na obtenção dos laminados termoplásticos. As propriedades físicas, mecânicas, reológicas e térmicas, bem como as características microestruturais destes compósitos foram correlacionadas. A síntese da poliamida 6/6 via polimerização interfacial foi realizada com sucesso, apresentando as mesmas características da poliamida comercial (fornecida pela Rhodia) e o controle da espessura do recobrimento da poliamida 6/6 sobre a superfície da fibra de carbono também apresentou resultados satisfatórios. Os resultados mostraram que o processo de polimerização interfacial associado ao processo de moldagem por compressão a quente é viável para a obtenção de compósitos com um volume do reforço em torno de 60%, atendendo requisitos aeronáuticos. Os compósitos obtidos via polimerização interfacial apresentaram um comportamento mecânico similar, e em alguns casos, superior aos compósitos obtidos via moldagem por compressão a quente a partir da poliamida comercial.

A pesquisa contribui na estruturação de um modelo que possa ser aplicado ao projeto de restauração de pavimentos severamente trincados com o uso de sistemas anti-reflexão de trincas. Foram considerados dois sistemas usuais: camada de desvio de trincas com membrana intermediária de geotêxtil impregnado por asfalto, e camada intermediária de absorção de tensões através de grelha polimérica. A quantificação do desempenho obtido com a inserção dessas camadas intermediárias em relação ao desempenho da técnica convencional de recapeamento simples em concreto asfáltico foi feita de duas formas. Na primeira, ensaios de fadiga dinâmicos foram executados em vigotas prismáticas concebidas de modo a simular um pavimento trincado que tenha sido restaurado através de uma das técnicas aqui avaliadas, com aplicação de carga em duas posições críticas em relação à trinca subjacente: flexão e cisalhamento. Na segunda, um trecho experimental foi implantado em uma rodovia para estudo do desempenho relativo de seções restauradas com e sem o uso de membrana intermediária de geotêxtil. Os ensaios de laboratório mostraram que os principais fatores estruturais envolvidos (carga aplicada, abertura da trinca subjacente) não afetaram significativamente o Fator de Efetividade (incremento da vida de fadiga em relação ao recapeamento simples), sendo possível atribuir um fator igual a 5 para a grelha polimérica e um fator por volta de 2 para o geotêxtil. Enquanto o efeito do geotêxtil na posição cisalhante de carregamento foi pequeno (fator entre 1,3 e 1,6), o efeito da grelha foi significativo (fator entre 4,45 e 6,14). A grelha é mais recomendável, portanto, para situações onde a atividade das trincas seja elevada e a camada trincada seja mais espessa. O desempenho do trecho experimental confirmou o fator de efetividade de laboratório para as seções restauradas com o uso de geotêxtil, no que diz respeito ao trincamento por reflexão da camada asfáltica de recapeamento. Com relação aos mecanismos envolvidos na ação das camadas intermediárias aqui avaliadas, foram confirmadas observações de outros estudos com relação ao redirecionamento para a horizontal da trinca de reflexão no caso do geotêxtil. A ação da grelha foi no sentido de impedir a formação de uma única trinca de reflexão que monopolizasse a dissipação de energia em sua extremidade, forçando, ao contrário, o surgimento de muitas microfissuras distribuídas sobre um volume maior dentro da camada, com padrão errático de propagação, menores velocidades de crescimento e menor severidade. A simulação do ensaio através do Método dos Elementos Finitos explica o mecanismo observado em laboratório.

O uso de materiais compósitos poliméricos na construção de aeronaves é cada vez mais intenso. Com isto, a possibilidade de ocorrer uma falha em serviço de uma peça fabricada com este material torna-se cada vez maior. A análise de falhas de materiais compósitos ainda é um tema pouco explorado, principalmente no Brasil, porém tem se tornado cada vez mais importante, em apoio à área de prevenção e investigação de acidentes aeronáuticos. Este trabalho visa caracterizar as fraturas de laminados de fita unidirecional de fibra de carbono de módulo intermediário com resina epóxi modificada, tipo 8552, em ensaios mecânicos de tração longitudinal e transversal e cisalhamento interlaminar. Parte das amostras de laminados foi submetida ao condicionamento higrotérmico, em situação de temperatura e umidade controladas, de modo a determinar a influência desses parâmetros nas propriedades mecânicas e na fratura dos laminados. Foram também estudadas algumas famílias de laminados cruzados de fibras de carbono com os sistemas de resinas epóxi F155 e F584 e tecidos de fibras de aramida e vidro, impregnados com os sistemas epóxi F155 e F161, respectivamente. Estas famílias foram ensaiadas em tração e compressão. As observações das fraturas das amostras ensaiadas mecanicamente foram realizadas com o auxílio da microscopia eletrônica de varredura, microscopia óptica e estereoscopia. A comparação dos resultados mostra que o condicionamento higrotérmico afeta de maneira significativa a resina, com pouca influência nas fibras e na interface fibra/resina. As fraturas, em geral, apresentam pouca diferença em função do condicionamento. A fratura das amostras ensaiadas em tração longitudinal é a que apresenta os aspectos mais interessantes do ponto de vista fractográfico. As amostras não submetidas ao condicionamento higrotérmico (amostras secas) revelam a importância da rigidez da fibra na fratura. A comparação das superfícies de fratura, obtidas sob um mesmo ensaio mecânico, mostra que as fibras menos rígidas apresentam maior influência na fratura. O tipo e o arranjo do reforço também apresentam influência nas superfícies de fratura dos laminados ensaiados mecanicamente.