Este trabalho tem por objetivo fornecer subsidios a possiveis usuarios que se deparem com a tarefa de selecionar sistemas de resina epoxi a serem utilizados como matrizes de compositos de uso aeroespacial. O trabalho foi realizado em duas partes. Na primeira, caracterizaram-se as resinas epoxi de base comercialmente encontradas no Brasil e no exterior, determinando-se os equivalentes epoxi por dosagem quimica e analisando-as por cromatografia liquida de alta eficiencia (HPLC). Determinaram-se tambem, para os sistemas de resina epoxi alguns parametros relevantes ao processamento de compositos como a viscosidade, o tempo de manuseio, a temperatura de transicao vitrea e o ciclo de cura. Abordou-se, ainda, o efeito do ambiente espacial nestes sistemas com enfase para os testes de termo-vacuo. Na segunda parte estudou-se a importancia do processo de fabricacao para a escolha dosistema de resina, testando-se laminados em fibra de vidro com matriz epoxi pelo processo de bobinagem, laminados vidro / epoxi e carbono / epoxi pelos processos RTM e laminacao. Analisando-se os resultados obtidos estabeleceu-se uma metodologia visando orientar a selecao de sistemas de resina epoxi empregados como matrizes de compositos avancados.

Os oligossilsesquioxanos (OS) são estruturas oligoméricas de silsesquioxanos (fórmula unitária RSiO3/2) que apresentam propriedades híbridas, definidas pela presença do segmento inorgânico (Si-O-Si) inerte e de um segmento orgânico (R-Si) reativo. A modificação de resinas epoxídicas com a introdução de OS possibilita a obtenção de materiais híbridos cujas propriedades mecânicas e térmicas são superiores às apresentadas pelo sistema epoxídico isoladamente. Neste trabalho, sintetizou-se OS contendo funcionalidade epoxídica, a partir do precursor GPTMS (3-glicidoxipropil trimetoxisilano), via condensação hidrolítica catalisada por ácido (ácido fórmico) ou por base (hidróxido de tetrametil amônio). A introdução do OS na resina epoxídica DGEBA (diglicidil éter de bisfenol A) foi conduzida após (mistura de OS na DGEBA, por agitação) e durante (síntese de OS em DGEBA como solvente) o procedimento da síntese. As massas molares médias dos OS obtidos por diferentes rotas de síntese foram determinadas por SEC e apresentaram valores próximos ao da estrutura em gaiola cúbica conhecida como T8. Análises por FT-IR, 29Si e 1H NMR indicaram que o OS proveniente da catálise ácida apresentou estruturas incompletamente condensadas, enquanto o produto da catálise básica apresentou majoritariamente estruturas completamente condensadas. Avaliações térmicas conduzidas por DSC convencional, MT-DSC e TGA indicaram que, quando adequadamente incorporados na matriz epoxídica, os OS obtidos por diferentes rotas de síntese apresentaram efeitos muito semelhantes, tanto em relação à diminuição da temperatura de transição vítrea, quanto em relação à melhoria na estabilidade térmica, independentemente do catalisador utilizado na síntese e da estrutura final do OS formado.

Para a indústria aeronáutica, os materiais compósitos são considerados materiais estratégicos, pois permitem redução de peso estrutural da aeronave mantendo desempenho mecânico exigido para suportar as diversas situações de carregamento mecânico. Porém, as estruturas fabricadas em materiais compósitos estão sujeitas a uma série de defeitos capazes de reduzir o desempenho mecânico da estrutura, dentre eles a porosidade. Portanto, torna-se necessário adotar técnicas de avaliação para certificar a qualidade da estrutura e de ferramentas que permitam avaliar qualitativa e quantitativamente os limites aceitáveis de defeitos. O principal objetivo do presente trabalho é avaliar os efeitos da porosidade na resistência ao cisalhamento e nas propriedades dinâmicas de compósitos de fibra de carbono/resina epóxi. Compósitos com diferentes níveis de porosidade foram obtidos através do processo de laminação manual e cura em autoclave, variando-se a pressão de cura. O nível de porosidade dos compósitos foi medido pela técnica de ultra-som. A influência do nível de porosidade nas propriedades dos compósitos foi medida por meio de ensaios destrutivos e não destrutivos. O método não destrutivo envolveu a medida da resistência ao cisalhamento dos compósitos, onde foram utilizados dois métodos de ensaio, Interlaminar e Iosipescu. Os resultados foram analisados através de correlação entre o coeficiente de atenuação e a resistência ao cisalhamento utilizando o critério de falha de Mar-Lin modificado. O método não-destrutivo envolveu a avaliação de propriedades dinâmico-mecânicas. As propriedades dinâmicas foram determinadas através do ensaio de vibração livre amortecida de vigas (sistema engastado-livre) com as diferentes frações volumétricas de vazios para avaliação dos efeitos da porosidade no módulo dinâmico e do amortecimento. Os resultados mostraram que a porosidade não afeta significativamente o módulo dinâmico, porém influi no amortecimento, podendo ser este um parâmetro para monitoramento do nível de porosidade de compósitos, ainda que seja um parâmetro dependente da configuração do compósito.

O presente trabalho aborda a determinação das constantes elásticas de materiais compósitos estruturais de uso aeronáutico por meio de ensaios de vibração. O primeiro corresponde ao ensaio de vibração livre amortecida de vigas (ASTM E-756) que forneceu as freqüências naturais e os fatores de amortecimento por meio de seus gráficos da função de resposta no tempo. Foram calculados os módulos dinâmicos para um compósito de fibras de carbono/resina epóxi, em corpos-de-prova obtidos por meio de diferentes ângulos de corte no mesmo, e para compósitos de fibras de carbono/resina epóxi, obtidos com tecido tipo plano, com frações em volume de fibras de carbono de 53% e 57%. Compósitos híbridos metal/reforço/resina, do tipo ARALL, CARALL, e GLARE também foram analisados pelo método de vibração livre de vigas. No segundo método, as constantes elásticas foram obtidas pelo ensaio de vibração livre para placas. Nesse caso, uma placa de compósito alumínio/ fibra de carbono/ resina epóxi (CARALL) foi avaliada pelo método de vibração livre, onde as freqüências naturais para os seis primeiros modos de vibração foram obtidas. As freqüências numéricas para esta placa com dimensões de área (2-D) e sem restrições de movimento foram modeladas pelo método dos elementos finitos, utilizando o aplicativo computacional ANSYS 7.0. De posse das freqüências experimentais e numéricas foi implementado um processo de otimização em linguagem própria contida em sub-rotina do ANSYS. A otimização resultou em quatro constantes elásticas (E1, E2, G12 e n12). O mesmo procedimento foi utilizado para uma placa de compósito de fibras de carbono/epóxi, com reforço tipo plano. Os resultados obtidos de testes de vibração foram também comparados com valores obtidos por meio de micromecânica de compósitos.

Este trabalho tem por objetivo estudar as propriedades térmicas, de retardância de chama e de proteção contra corrosão de uma tinta comercial à base de resina epóxi-siloxano (Polysiloxane XLE) modificada. Diferentes concentrações de polifosfato de amônio e hidróxido de alumínio foram utilizados como retardantes de chama e a concentração ótima para emprego na tinta foi determinada por um viscosímetro Brookfield, termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e índice limite de oxigênio (LOI). Os ensaios de viscosidade, TG, DSC e LOI mostram que a tinta com 20% (m/m) de hidróxido de alumínio apresenta os melhores resultados. As amostras de aço carbono foram recobertas aplicando-se uma demão de tinta, duas demãos de tinta e uma demão de um primer comercial (Sumazinc 280) seguido de uma demão de tinta. Os testes de corrosão foram feitos por exposição às câmaras úmida, de névoa salina, Q-Fog, e de SO2, e por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Segundo os ensaios de névoa salina e Q-Fog as amostras pintadas com primer e tinta são mais resistentes à corrosão. Por EIS verifica-se que os maiores resultados de resistência à corrosão (> 1011 Ohm cm-2) foram obtidos a partir das amostras recobertas com duas demãos (tinta ou primer e tinta) da tinta sem retardante de chamas. A adição do retardante de chama contribui para o aumento da porosidade do filme formado pela tinta, entretanto, a resistência dos filmes foi maior que ~109 Ohm cm-2.

Este trabalho apresenta o estudo realizado na área de materiais absorvedores de radiação eletromagnética, do tipo dielétrico, baseados na utilização do polímero condutor polipirrol (PPi). Seis diferentes amostras de PPi foram sintetizadas via rota química, utilizando-se diferentes combinações de dois oxidantes (FeCl3 e Fe2(SO4)3) e dois surfactantes anônicos (dodecilbenzenosulfonato de sódio - DBSNa e ácido dodecilbenzenosulfônico - DBSA). Blendas dos polímeros sintetizados foram obtidas via mistura com resina epóxi. Análises por espectroscopia no infravermelho (FTIR) dos polímeros condutores obtidos comprovam o êxito das sínteses realizadas. Medidas de condutividade elétrica e análises por microscopia eletrônica de varredura mostram claramente a influência dos oxidantes e dos surfactantes nas características finais dos polímeros obtidos. Estes resultados também indicam que o oxidante sulfonado favorece a obtenção das amostras mais condutoras (13 S.cm-1) e das blendas PPi/epóxi com melhor desempenho na atenuação de micro-ondas, na faixa de 8 a 12 GHz (95% de atenuação em torno de 11 GHz).

Bactérias da espécie Acidithiobacillus ferrooxidans têm sido largamente estudadas ao longo dos últimos anos devido a sua capacidade de oxidação do ferro e do enxofre, o que permite seu emprego em biolixiviação de minérios. Por outro lado, estas bactérias podem acarretar sérios danos de engenharia, devido à corrosão induzida por elas, conhecida como biocorrosão. Para inibir a ação das bactérias, costuma-se empregar biocidas, entretanto a maioria destes compostos pode gerar danos ao meio ambiente. Neste trabalho, avaliou-se a corrosão induzida por Acidithiobacillus ferrooxidans sobre aço carbono AISI 1020 e sobre superfícies recobertas com uma tinta a base de epóxi-siloxano (Polysiloxane XLE). Ensaios de polarização potenciodinâmica, de espectroscopia de impedância eletroquímica e de perda de massa foram realizados para avaliar a potencialidade de corrosão das bactérias e microscopia eletrônica de varredura foi utilizada para avaliar a microestrutura das superfícies submetidas aos meios de cultura contendo microorganismos. Os resultados mostraram que, na ausência de tinta epóxi-siloxano, a bactéria Acidithiobacillus ferrooxidans acelera a corrosão do aço 1020 e, após 7 dias, observou-se a formação de biofilme poroso e frágil. Para amostras revestidas com tinta, observou-se a formação de uma espessa camada de biofilme após 5 dias, não sendo visualizada corrosão da amostra durante este período e os ensaios eletroquímicos apontaram para uma maior proteção à corrosão nestas amostras.

Os requisitos de baixo peso e alta resistência para as estruturas aeroespaciais têm causado um aumento da utilização de materiais reforçados com fibras na manufatura destas estruturas. Cascas cilíndricas e/ou estruturas construídas pela junção de cilindros de paredes finas estão entre os tipos mais usados em aplicações aeroespaciais. Quando cilindros fabricados com materiais compósitos são submetidos a cargas compressivas axiais, os mesmos flambam à cargas significantemente menores do que as previstas teoricamente. Isto é causado pela presença de pequenas imprefeições geométricas na estrutura. Neste trabalho, um programa experimental foi desenvolvido para determinar as tensões de falha, os módulos de elasticidade e os modos de falha de 47 cilindros fabricados em carbono/epoxi sob cargas compressivas uniaxiais. Os espécimes testados possuiam diferentes razões entre comprimento/diâmetro e seqüências de laminação (orientações das camadas) variadas. Os resultados experimentais obtidos neste trabalho determinam o módulo de elasticidade e a resistência dos cilindros produzidos pelo processo de fabricação empregado. Isto é, o nível de imperfeições introduzidas na manufatura fica caracterizado, servindo de subsídio para projetos de estruturas desse tipo. Estes resultados foram comparados aos obtidos em análises realizadas com programas de elementos finitos. Os mais importantes fatores que influenciam o comportamento mecânico deste tipo de estrutura foram também discutidos.

O uso de compósitos avançados em componentes de aeronaves e estruturas espaciais deve-se, principalmente, à flexibilidade de projeto, facilidade de processamento e baixa massa específica (~2 g/cm3), aliados aos valores de resistência mecânica e rigidez que atendem aos requisitos de desempenho destas estruturas em serviço. Para essa finalidade os compósitos são obtidos mediante a utilização de fibras de reforço pré-impregnados com uma matriz polimérica (pré-impregnados). A manufatura desses pré-impregnados é controlada e mantida sob sigilo por um reduzido número de empresas fornecedoras desse segmento da indústria. O presente trabalho foi elaborado com o objetivo de estabelecer uma metodologia que contribuísse, de forma sistemática, à tecnologia de fabricação e controle das matérias-primas, de processamento de pré-impregnados e da manufatura de compósitos como produto final. Para tanto, foram utilizadas formulações de uma resina epoxi do tipo diglicidi-éter do bisfenol-A (DGEBA), endurecedores tipo amina aromática (difenildiamino-sulfona e 4,4'difenildiamino-metileno) e um diluente poliglicidil éter (PGE). Fibras de carbono foram utilizadas como material de reforço. Os parâmetros cinéticos e viscosimétricos das formulações de resina epoxi/endurecedor/diluente foram determinados utilizando as técnicas de calorimetria exploratória diferencial e viscosimetria. Formulações com cinética "autocatalítica" e de "ordem n" foram observadas. Destes resultados, foram estabelecidas condições de processamento tanto para os ciclos de cura quanto para os pré-impregnados, na manufatura de compósitos unidirecionais e determinadas as propriedades dinâmico-mecânicas das formulações de resinas polimerizadas e dos compósitos.

O uso de materiais compósitos, em especial os de fibra de carbono/resina epóxi, tem aumentado consideravelmente para aplicações estruturais na indústria aeronáutica. Um dos defeitos mais comuns ao processamento de compósitos refere-se à formação de vazios ou porosidade. A porosidade causa a redução das propriedades mecânicas e por isso, torna-se importante avaliar o comportamento do material na presença deste tipo de defeito. O presente trabalho propõe-se a caracterizar as propriedades mecânicas estáticas e em fadiga de um compósito de fibra de carbono/resina epóxi com volume de vazios entre 0,3 e 10%, utilizado na indústria aeronáutica. As propriedades em tração (influenciadas pela direção do reforço) e cisalhamento no plano (influenciadas pela matriz) foram escolhidas para o desenvolvimento do trabalho por apresentarem espectros distintos de propriedade. O critério de Mar-Lin foi utilizado na predição da resistência mecânica estática do compósito com volume de vazios superior ao volume crítico de vazios. Em fadiga, os compósitos foram avaliados quanto ao limite de deformação e por meio de ensaios de histerese. A metodologia experimental para identificação do limite de deformação envolveu a determinação da tensão residual após ensaio cíclico limitado até 120.000 ciclos, com frequência de 12 Hz e razão de tensão R=0,1, a diferentes níveis de deformação. O presente trabalho preconiza que o limite de deformação corresponde à deformação na qual a tensão residual se iguala à tensão de projeto (tensão reduzida estatisticamente ao valor de base B). Os ensaios de histerese foram realizados para mensurar o acúmulo de danos no material quando solicitado nas proximidades do limite de deformação. Os resultados mostram que a porosidade tem efeito deletério nas propriedades estáticas e de fadiga, principalmente em cisalhamento, em função do domínio da matriz. Por fim, os modelos propostos para predição do limite de deformação em tração e cisalhamento, elaborados a partir da junção de modelos para tensão residual, vida em fadiga (S-N) e o critério de Mar-Lin, são consistentes com os resultados experimentais.