Em aplicações que requerem solicitações de impacto, compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de aramida se destacam, principalmente em relação aos metais, devido a propriedades como alta resistência e rigidez específicas, que dão origem a sistemas mais leves e de alta performance. Quando voltados para aplicações de impacto, principalmente a alta velocidade, tais compósitos são, em sua maioria, moldados por compressão ou autoclave, a partir de pré-impregnados. No entanto, tais combinações de processamentos e matéria-prima acarretam em estruturas de elevado custo, tornando a infusão a vácuo uma opção atrativa, além de permitir a obtenção de peças grandes e complexas, dimensionalmente acuradas e partes integradas. Porém, a obtenção de um compósito espesso reforçado por fibra de aramida com elevado desempenho ao impacto por tal método de fabricação ainda é um desafio. Neste contexto, este trabalho aborda o efeito da espessura no processamento por infusão a vácuo de compósitos aramida/epóxi e seu desempenho em aplicações que requerem solicitações de impacto (baixa e alta velocidade) Para isso, foram produzidos compósitos com 5, 8, 13, 18, 23 e 28 camadas de aramida e caracterizados por ultrassom C-scan, microscopia ótica, densidade, teor de constituintes, testes mecânicos (flexão, short beam e indentação quase-estática) e cargas de impacto de baixa e alta velocidade (drop-weight e balístico). Todos os compósitos apresentaram boa homogeneidade na distribuição da matriz ao longo do reforço, com um teor de fibra de ≈60%, e valores de resistência short beam elevados (17,3 - 23,6 MPa). A performance sob impacto (baixa e alta velocidade) foi comparável à de compósitos fabricados por compressão ou autoclave, tendo os compósitos a partir de 18 camadas resistido ao projétil 9 mm Luger FMJ e o de 28 camadas resistido ao projétil .357 Magnum FMJ, podendo ser classificados como nível FB2 e FB3, respectivamente, de acordo com a norma europeia EN 1522. Portanto, o processamento de infusão a vácuo mostrou ser uma alternativa adequada para produzir compósitos espessos de aramida/epóxi (até 12 mm), substituindo rotas de processamento mais caras. / In applications that require impact solicitations, polymer matrix composites reinforced with aramid fiber stand out, especially in relation to metals, due to properties such as high specific strength and stiffness, which give rise to lighter and high-performance systems. When used for impact applications, especially at high speed, such composites are mostly molded by compression or autoclaved, from prepregs. However, such combinations of processing and raw material lead to high cost structures, making vacuum infusion an attractive option, as well as allowing the production of large, complex, dimensionally accurate and integrated parts. Nonetheless, obtaining a thick composite reinforced by aramid fiber with high impact performance by such manufacturing method is still a challenge. In this context, this work addresses the effect of the thickness in the vacuum infusion processing of aramid/epoxy composites and its performance in applications that require impact solicitations (low and high speed) For this, composites with 5, 8, 13, 18, 23 and 28 layers of aramid were produced and characterized by ultrasonic C-scan, optical microscopy, density, constituent content, mechanical tests (flexion, short beam and quasi-static indentation) and low- and high-speed impact loads (drop-weight and ballistic). All composites presented good homogeneity in the matrix scattering along the reinforcement, with a fiber content of ≈ 60%, and high short beam resistance values (17.3 - 23.6 MPa). The performance under impact (low and high speed) was comparable to that of composites processed by compression or autoclave, the composites with 18 layers resisted to the 9 mm Luger FMJ projectile and the one with 28 layers resisted to the .357 Magnum FMJ projectile, being classified as level FB2 and FB3, respectively, according to the European standard EN 1522. In summary, vacuum infusion processing proved to be a suitable alternative to produce thick aramid/epoxy composites (up to 12 mm), replacing more expensive processing routes.

Em aplicações que requerem solicitações de impacto, compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de aramida se destacam, principalmente em relação aos metais, devido a propriedades como alta resistência e rigidez específicas, que dão origem a sistemas mais leves e de alta performance. Quando voltados para aplicações de impacto, principalmente a alta velocidade, tais compósitos são, em sua maioria, moldados por compressão ou autoclave, a partir de pré-impregnados. No entanto, tais combinações de processamentos e matéria-prima acarretam em estruturas de elevado custo, tornando a infusão a vácuo uma opção atrativa, além de permitir a obtenção de peças grandes e complexas, dimensionalmente acuradas e partes integradas. Porém, a obtenção de um compósito espesso reforçado por fibra de aramida com elevado desempenho ao impacto por tal método de fabricação ainda é um desafio. Neste contexto, este trabalho aborda o efeito da espessura no processamento por infusão a vácuo de compósitos aramida/epóxi e seu desempenho em aplicações que requerem solicitações de impacto (baixa e alta velocidade) Para isso, foram produzidos compósitos com 5, 8, 13, 18, 23 e 28 camadas de aramida e caracterizados por ultrassom C-scan, microscopia ótica, densidade, teor de constituintes, testes mecânicos (flexão, short beam e indentação quase-estática) e cargas de impacto de baixa e alta velocidade (drop-weight e balístico). Todos os compósitos apresentaram boa homogeneidade na distribuição da matriz ao longo do reforço, com um teor de fibra de ≈60%, e valores de resistência short beam elevados (17,3 - 23,6 MPa). A performance sob impacto (baixa e alta velocidade) foi comparável à de compósitos fabricados por compressão ou autoclave, tendo os compósitos a partir de 18 camadas resistido ao projétil 9 mm Luger FMJ e o de 28 camadas resistido ao projétil .357 Magnum FMJ, podendo ser classificados como nível FB2 e FB3, respectivamente, de acordo com a norma europeia EN 1522. Portanto, o processamento de infusão a vácuo mostrou ser uma alternativa adequada para produzir compósitos espessos de aramida/epóxi (até 12 mm), substituindo rotas de processamento mais caras. / In applications that require impact solicitations, polymer matrix composites reinforced with aramid fiber stand out, especially in relation to metals, due to properties such as high specific strength and stiffness, which give rise to lighter and high-performance systems. When used for impact applications, especially at high speed, such composites are mostly molded by compression or autoclaved, from prepregs. However, such combinations of processing and raw material lead to high cost structures, making vacuum infusion an attractive option, as well as allowing the production of large, complex, dimensionally accurate and integrated parts. Nonetheless, obtaining a thick composite reinforced by aramid fiber with high impact performance by such manufacturing method is still a challenge. In this context, this work addresses the effect of the thickness in the vacuum infusion processing of aramid/epoxy composites and its performance in applications that require impact solicitations (low and high speed) For this, composites with 5, 8, 13, 18, 23 and 28 layers of aramid were produced and characterized by ultrasonic C-scan, optical microscopy, density, constituent content, mechanical tests (flexion, short beam and quasi-static indentation) and low- and high-speed impact loads (drop-weight and ballistic). All composites presented good homogeneity in the matrix scattering along the reinforcement, with a fiber content of ≈ 60%, and high short beam resistance values (17.3 - 23.6 MPa). The performance under impact (low and high speed) was comparable to that of composites processed by compression or autoclave, the composites with 18 layers resisted to the 9 mm Luger FMJ projectile and the one with 28 layers resisted to the .357 Magnum FMJ projectile, being classified as level FB2 and FB3, respectively, according to the European standard EN 1522. In summary, vacuum infusion processing proved to be a suitable alternative to produce thick aramid/epoxy composites (up to 12 mm), replacing more expensive processing routes.

Em aplicações que requerem solicitações de impacto, compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de aramida se destacam, principalmente em relação aos metais, devido a propriedades como alta resistência e rigidez específicas, que dão origem a sistemas mais leves e de alta performance. Quando voltados para aplicações de impacto, principalmente a alta velocidade, tais compósitos são, em sua maioria, moldados por compressão ou autoclave, a partir de pré-impregnados. No entanto, tais combinações de processamentos e matéria-prima acarretam em estruturas de elevado custo, tornando a infusão a vácuo uma opção atrativa, além de permitir a obtenção de peças grandes e complexas, dimensionalmente acuradas e partes integradas. Porém, a obtenção de um compósito espesso reforçado por fibra de aramida com elevado desempenho ao impacto por tal método de fabricação ainda é um desafio. Neste contexto, este trabalho aborda o efeito da espessura no processamento por infusão a vácuo de compósitos aramida/epóxi e seu desempenho em aplicações que requerem solicitações de impacto (baixa e alta velocidade) Para isso, foram produzidos compósitos com 5, 8, 13, 18, 23 e 28 camadas de aramida e caracterizados por ultrassom C-scan, microscopia ótica, densidade, teor de constituintes, testes mecânicos (flexão, short beam e indentação quase-estática) e cargas de impacto de baixa e alta velocidade (drop-weight e balístico). Todos os compósitos apresentaram boa homogeneidade na distribuição da matriz ao longo do reforço, com um teor de fibra de ≈60%, e valores de resistência short beam elevados (17,3 - 23,6 MPa). A performance sob impacto (baixa e alta velocidade) foi comparável à de compósitos fabricados por compressão ou autoclave, tendo os compósitos a partir de 18 camadas resistido ao projétil 9 mm Luger FMJ e o de 28 camadas resistido ao projétil .357 Magnum FMJ, podendo ser classificados como nível FB2 e FB3, respectivamente, de acordo com a norma europeia EN 1522. Portanto, o processamento de infusão a vácuo mostrou ser uma alternativa adequada para produzir compósitos espessos de aramida/epóxi (até 12 mm), substituindo rotas de processamento mais caras. / In applications that require impact solicitations, polymer matrix composites reinforced with aramid fiber stand out, especially in relation to metals, due to properties such as high specific strength and stiffness, which give rise to lighter and high-performance systems. When used for impact applications, especially at high speed, such composites are mostly molded by compression or autoclaved, from prepregs. However, such combinations of processing and raw material lead to high cost structures, making vacuum infusion an attractive option, as well as allowing the production of large, complex, dimensionally accurate and integrated parts. Nonetheless, obtaining a thick composite reinforced by aramid fiber with high impact performance by such manufacturing method is still a challenge. In this context, this work addresses the effect of the thickness in the vacuum infusion processing of aramid/epoxy composites and its performance in applications that require impact solicitations (low and high speed) For this, composites with 5, 8, 13, 18, 23 and 28 layers of aramid were produced and characterized by ultrasonic C-scan, optical microscopy, density, constituent content, mechanical tests (flexion, short beam and quasi-static indentation) and low- and high-speed impact loads (drop-weight and ballistic). All composites presented good homogeneity in the matrix scattering along the reinforcement, with a fiber content of ≈ 60%, and high short beam resistance values (17.3 - 23.6 MPa). The performance under impact (low and high speed) was comparable to that of composites processed by compression or autoclave, the composites with 18 layers resisted to the 9 mm Luger FMJ projectile and the one with 28 layers resisted to the .357 Magnum FMJ projectile, being classified as level FB2 and FB3, respectively, according to the European standard EN 1522. In summary, vacuum infusion processing proved to be a suitable alternative to produce thick aramid/epoxy composites (up to 12 mm), replacing more expensive processing routes.

Poli(p-fenileno de tereftalamida) (PPTA), usualmente chamado de aramida, é uma fibra polimérica de baixa densidade que possui alta rigidez e resistência à tração, assim como excelente estabilidade térmica e química. Essa fibra é utilizada como reforço em materiais compósitos utilizados nas indústrias aeroespacial e automobilística, em artefatos de proteção balística e de proteção ao corte. No entanto, sua aplicação como reforço em materiais compósitos está limitada por sua baixa afinidade interfacial com matrizes poliméricas, devido a sua superfície lisa e relativamente inerte. Para superar esta desvantagem, diversos tratamentos foram desenvolvidos para modificar a superfície da aramida. Contudo, realizar essa modificação sem diminuir a resistência mecânica da fibra é um grande desafio, assim como desenvolver um método industrialmente viável. Líquidos iônicos (LI) apresentam-se como uma alternativa promissora para a compatibilização da aramida com matrizes poliméricas, devido à possibilidade de ajuste de suas propriedades com a escolha de ânions e cátions específicos. Dessa forma, o objetivo deste estudo é investigar a influência de diferentes LI nas propriedades adesivas entre Kevlar e uma resina epoxídica. Para tanto, as fibras foram submetidas a soluções de etanol e LI imidazólicos (cloreto de 1-n-butil-3-metilimidazólio, cloreto de 1-carboximetil-3-metilimidazólio, metanossulfonato de 1-trietilenoglicol monometil éter-3-metilimidazólio e metanossulfonato de 1-n-butil-3-metilimidazólio) e analisadas por espectroscopia do infravermelho, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A resistência mecânica das fibras foi investigada por teste de tração e a interface foi caracterizada em termos de molhabilidade e adesão pelos testes de ângulo de contato e pull-out. Os resultados mostraram um aumento na molhabilidade e na adesão nas fibras tratadas com cloreto de 1- n-butil-3-metilimidazólico, metanossulfonato de 1-trietilenoglicol monometil éter-3- metilimidazólio e metanossulfonato de 1-n-butil-3-metilimidazólio. Dois compósitos laminados foram fabricados com os tecidos comercial e tratado com metanossulfonato de 1- trietilenoglicol monometil éter-3-metilimidazólio. Suas propriedades mecânicas foram aferidas por ensaios de tração e short beam. O compósito feito com o tecido tratado apresentou maior resistência mecânica, módulo e tensão de cisalhamento interlaminar. / Poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA), known as aramid, is a low density polymeric fiber that has high rigidity and exceptional tensile strength, as well as excellent thermal and chemical stability. It is used as reinforcement in composite materials in the aerospace and automobile industry and in ballistic and stab-resistant articles. However, its inferior interfacial affinity towards polymeric matrices due to its smooth surface hampers its use in composite materials, preventing full achievement of its potential as reinforcement. To overcome this drawback, various treatments have been applied to modify the aramid surface. Nevertheless it is a great challenge to introduce this modification without diminishing the fiber mechanical properties and to develop an industrially feasible process. Ionic liquids (IL) might be an alternative as compatibilizer in polymeric matrices reinforced with aramid fibers because of their unique set of physical-chemical properties that can be finely tuned by their chemical structures. Hence, the objective of this study is to investigate the influence of different IL on the adhesive properties between Kevlar and epoxy resin. Kevlar fibers were submitted to solutions of ethanol and imidazolium IL (1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1- carboxymethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-n-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride, 1- triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate and 1-n-butyl-3- methylimidazolium methanesulfonate) and then analyzed by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The mechanical strength of the fibers was analyzed by tensile strength tests and the interface was characterized by contact angle measurements and pull-out tests. There was an increase in wettability and adhesion of the fibers treated with 1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate and 1-n-butyl-3- methylimidazolium methanesulfonate. Two laminated composites were manufactured with commercial and 1-triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate treated fabrics and their mechanical properties were measured with tensile strength and short beam test. The composite made with treated fabrics presented higher mechanical resistance, modulus and interfacial shear strength.

Poli(p-fenileno de tereftalamida) (PPTA), usualmente chamado de aramida, é uma fibra polimérica de baixa densidade que possui alta rigidez e resistência à tração, assim como excelente estabilidade térmica e química. Essa fibra é utilizada como reforço em materiais compósitos utilizados nas indústrias aeroespacial e automobilística, em artefatos de proteção balística e de proteção ao corte. No entanto, sua aplicação como reforço em materiais compósitos está limitada por sua baixa afinidade interfacial com matrizes poliméricas, devido a sua superfície lisa e relativamente inerte. Para superar esta desvantagem, diversos tratamentos foram desenvolvidos para modificar a superfície da aramida. Contudo, realizar essa modificação sem diminuir a resistência mecânica da fibra é um grande desafio, assim como desenvolver um método industrialmente viável. Líquidos iônicos (LI) apresentam-se como uma alternativa promissora para a compatibilização da aramida com matrizes poliméricas, devido à possibilidade de ajuste de suas propriedades com a escolha de ânions e cátions específicos. Dessa forma, o objetivo deste estudo é investigar a influência de diferentes LI nas propriedades adesivas entre Kevlar e uma resina epoxídica. Para tanto, as fibras foram submetidas a soluções de etanol e LI imidazólicos (cloreto de 1-n-butil-3-metilimidazólio, cloreto de 1-carboximetil-3-metilimidazólio, metanossulfonato de 1-trietilenoglicol monometil éter-3-metilimidazólio e metanossulfonato de 1-n-butil-3-metilimidazólio) e analisadas por espectroscopia do infravermelho, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A resistência mecânica das fibras foi investigada por teste de tração e a interface foi caracterizada em termos de molhabilidade e adesão pelos testes de ângulo de contato e pull-out. Os resultados mostraram um aumento na molhabilidade e na adesão nas fibras tratadas com cloreto de 1- n-butil-3-metilimidazólico, metanossulfonato de 1-trietilenoglicol monometil éter-3- metilimidazólio e metanossulfonato de 1-n-butil-3-metilimidazólio. Dois compósitos laminados foram fabricados com os tecidos comercial e tratado com metanossulfonato de 1- trietilenoglicol monometil éter-3-metilimidazólio. Suas propriedades mecânicas foram aferidas por ensaios de tração e short beam. O compósito feito com o tecido tratado apresentou maior resistência mecânica, módulo e tensão de cisalhamento interlaminar. / Poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA), known as aramid, is a low density polymeric fiber that has high rigidity and exceptional tensile strength, as well as excellent thermal and chemical stability. It is used as reinforcement in composite materials in the aerospace and automobile industry and in ballistic and stab-resistant articles. However, its inferior interfacial affinity towards polymeric matrices due to its smooth surface hampers its use in composite materials, preventing full achievement of its potential as reinforcement. To overcome this drawback, various treatments have been applied to modify the aramid surface. Nevertheless it is a great challenge to introduce this modification without diminishing the fiber mechanical properties and to develop an industrially feasible process. Ionic liquids (IL) might be an alternative as compatibilizer in polymeric matrices reinforced with aramid fibers because of their unique set of physical-chemical properties that can be finely tuned by their chemical structures. Hence, the objective of this study is to investigate the influence of different IL on the adhesive properties between Kevlar and epoxy resin. Kevlar fibers were submitted to solutions of ethanol and imidazolium IL (1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1- carboxymethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-n-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride, 1- triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate and 1-n-butyl-3- methylimidazolium methanesulfonate) and then analyzed by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The mechanical strength of the fibers was analyzed by tensile strength tests and the interface was characterized by contact angle measurements and pull-out tests. There was an increase in wettability and adhesion of the fibers treated with 1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate and 1-n-butyl-3- methylimidazolium methanesulfonate. Two laminated composites were manufactured with commercial and 1-triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate treated fabrics and their mechanical properties were measured with tensile strength and short beam test. The composite made with treated fabrics presented higher mechanical resistance, modulus and interfacial shear strength.

Submitted by Daniele Amaral (daniee_ni@hotmail.com) on 2016-10-14T18:14:57Z No. of bitstreams: 1 DissLL.pdf: 5592723 bytes, checksum: c5744bd4292b99c4b6727f7625773835 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-21T13:54:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLL.pdf: 5592723 bytes, checksum: c5744bd4292b99c4b6727f7625773835 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-21T13:54:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissLL.pdf: 5592723 bytes, checksum: c5744bd4292b99c4b6727f7625773835 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-21T13:54:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissLL.pdf: 5592723 bytes, checksum: c5744bd4292b99c4b6727f7625773835 (MD5) Previous issue date: 2016-06-09 / Não recebi financiamento / Aramid fibers are very known by their excellent combination of tensile strength and elastic modulus with low density. On the other hand, aramids do not melt which difficult the recycling process. This property is an important issue for many companies that work with these materials since thousands of tons of aramid fibers are produced each year and there are just a few reutilization alternatives. This project evaluated a new alternative to reuse aramid fibers from industrial waste as mechanical reinforcement for polyamide 6,6. Another important characteristic of these fibers is the low interaction with polymeric matrices due to its intrinsic molecular stability and to finishing products that facilitates the spinning and weaving processes. In order to remove the finishing, the fibers were washed with methanol and hexane, but the hexane washed fibers showed better results. Surface treatments with NaOH solutions were also evaluated. It was reported in XPS results that NaOH solution hydrolyzed the fiber’s surface. However, conditions with higher NaOH concentration were too aggressive to the fiber’s mechanical properties. For this reason, it was selected two procedures: 2% NaOH at 30 minutes of exposure and 6% NaOH at 45 minutes of exposure. The composites were produced with two different fiber’s weight concentration, 5 and 10%. The results have shown that the surface treatment impacted the interfacial adhesion, but there was no increase on the composite’s mechanical properties due to the fiber’s mechanical damage caused by the treatment. The addition of 5% of fibers did not increase the mechanical properties probably due to the fact that 5% is near to the fiber’s critical volume for this composite. The composites with 10% of fibers showed better results and revealed a great potential for this reuse alternative for para-aramid fibers. / Fibras de aramida são conhecidas devido as suas excelentes propriedades de resistência à tração e módulo elástico aliados à baixa densidade; entretanto, este polímero não funde, inviabilizando a sua reciclagem mecânica. Tendo em vista a importância e potencialidade de tais fibras, este projeto avaliou a viabilidade técnica em reutilizá-las como reforço mecânico de poliamida 6,6. Ao mesmo tempo, as fibras de para-aramida possuem como característica baixa interação com matrizes poliméricas, tanto por sua intrínseca estabilidade molecular quanto por possíveis revestimentos que facilitam os processos de fiação e tecelagem. Para eliminar esses revestimentos, foram realizados procedimentos de lavagem com metanol e hexano, sendo o hexano apresentou maiores interferências na superfície das fibras, e foi escolhido para a produção dos compósitos. Com o intuito de aumentar a interação química entre fibra e matriz, foram realizados procedimentos de tratamento químico superficial com soluções de hidróxido de sódio (NaOH). Os resultados de XPS indicaram que a superfície da fibra foi hidrolisada, sendo que as condições de tratamento com maiores concentrações de NaOH se mostraram mais agressivas às propriedades mecânicas das fibras. Por este motivo, foram selecionados dois procedimentos de tratamento químico para a modificação das fibras e produção dos compósitos: 2% NaOH e 30 minutos de exposição e 6% NaOH e 45 minutos de exposição. Foram produzidos compósitos com 5 e 10% em massa de fibras de para-aramida. Os resultados obtidos indicaram que a lavagem não alterou a adesão interfacial e nem as propriedades mecânicas. Por outro lado, os tratamentos químicos alteraram a adesão interacial, porém não demonstraram melhorias nas propriedades mecânicas dos compósitos, justificadas pelo efeitos deletérios do tratamento químico nas propriedades mecânicas das fibras. Em termos gerais, observou-se pouca influência na adição de 5% de fibra, enquanto que os compósitos com 10% de fibra apresentaram melhores resultados. Sendo assim, o presente estudo demonstrou que há potencial para esta via de reutilização das fibras de para-aramida.

Poli(p-fenileno de tereftalamida) (PPTA), usualmente chamado de aramida, é uma fibra polimérica de baixa densidade que possui alta rigidez e resistência à tração, assim como excelente estabilidade térmica e química. Essa fibra é utilizada como reforço em materiais compósitos utilizados nas indústrias aeroespacial e automobilística, em artefatos de proteção balística e de proteção ao corte. No entanto, sua aplicação como reforço em materiais compósitos está limitada por sua baixa afinidade interfacial com matrizes poliméricas, devido a sua superfície lisa e relativamente inerte. Para superar esta desvantagem, diversos tratamentos foram desenvolvidos para modificar a superfície da aramida. Contudo, realizar essa modificação sem diminuir a resistência mecânica da fibra é um grande desafio, assim como desenvolver um método industrialmente viável. Líquidos iônicos (LI) apresentam-se como uma alternativa promissora para a compatibilização da aramida com matrizes poliméricas, devido à possibilidade de ajuste de suas propriedades com a escolha de ânions e cátions específicos. Dessa forma, o objetivo deste estudo é investigar a influência de diferentes LI nas propriedades adesivas entre Kevlar e uma resina epoxídica. Para tanto, as fibras foram submetidas a soluções de etanol e LI imidazólicos (cloreto de 1-n-butil-3-metilimidazólio, cloreto de 1-carboximetil-3-metilimidazólio, metanossulfonato de 1-trietilenoglicol monometil éter-3-metilimidazólio e metanossulfonato de 1-n-butil-3-metilimidazólio) e analisadas por espectroscopia do infravermelho, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A resistência mecânica das fibras foi investigada por teste de tração e a interface foi caracterizada em termos de molhabilidade e adesão pelos testes de ângulo de contato e pull-out. Os resultados mostraram um aumento na molhabilidade e na adesão nas fibras tratadas com cloreto de 1- n-butil-3-metilimidazólico, metanossulfonato de 1-trietilenoglicol monometil éter-3- metilimidazólio e metanossulfonato de 1-n-butil-3-metilimidazólio. Dois compósitos laminados foram fabricados com os tecidos comercial e tratado com metanossulfonato de 1- trietilenoglicol monometil éter-3-metilimidazólio. Suas propriedades mecânicas foram aferidas por ensaios de tração e short beam. O compósito feito com o tecido tratado apresentou maior resistência mecânica, módulo e tensão de cisalhamento interlaminar. / Poly(p-phenylene terephthalamide) (PPTA), known as aramid, is a low density polymeric fiber that has high rigidity and exceptional tensile strength, as well as excellent thermal and chemical stability. It is used as reinforcement in composite materials in the aerospace and automobile industry and in ballistic and stab-resistant articles. However, its inferior interfacial affinity towards polymeric matrices due to its smooth surface hampers its use in composite materials, preventing full achievement of its potential as reinforcement. To overcome this drawback, various treatments have been applied to modify the aramid surface. Nevertheless it is a great challenge to introduce this modification without diminishing the fiber mechanical properties and to develop an industrially feasible process. Ionic liquids (IL) might be an alternative as compatibilizer in polymeric matrices reinforced with aramid fibers because of their unique set of physical-chemical properties that can be finely tuned by their chemical structures. Hence, the objective of this study is to investigate the influence of different IL on the adhesive properties between Kevlar and epoxy resin. Kevlar fibers were submitted to solutions of ethanol and imidazolium IL (1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1- carboxymethyl-3-methylimidazolium chloride, 1-n-hexadecyl-3-methylimidazolium chloride, 1- triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate and 1-n-butyl-3- methylimidazolium methanesulfonate) and then analyzed by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis and scanning electron microscopy. The mechanical strength of the fibers was analyzed by tensile strength tests and the interface was characterized by contact angle measurements and pull-out tests. There was an increase in wettability and adhesion of the fibers treated with 1-n-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate and 1-n-butyl-3- methylimidazolium methanesulfonate. Two laminated composites were manufactured with commercial and 1-triethyleneglycol monomethyl ether-3-methylimidazolium methanesulfonate treated fabrics and their mechanical properties were measured with tensile strength and short beam test. The composite made with treated fabrics presented higher mechanical resistance, modulus and interfacial shear strength.

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I dagsläget är de flesta broar i Sverige tillverkade med betong eller stål. Dessa broar är många gånger förknippade med stora kostnader som ofta beror på underhåll och reparation. FRP, som står för Fiber Reinforced Polymer, är ett relativt nytt material i bärande stommar men är ett väl etablerat material i förstärkningssammanhang. I Europa och i synnerhet Nederländerna finns det flertal broar byggda i FRP. Men på grund av brist på normer och regelverk att luta sig emot sker det sällan någon form av brokonstruktion med FRP i Sverige. Detta examensarbete syftar till att undersöka befintliga normer och studera hur materialet FRP används vid förstärkning och konstruktion av broar. Vidare syftar även arbetet till att undersöka egenskaperna hos FRP som byggmaterial och jämföra det med konventionella material som stål och betong. FRP, också benämnd fiberkomposit, är ett kompositmaterial som kan sammanställas på flera olika sätt. Genom olika material som kombineras och olika tillverkningsprocesser som används kan man på så sätt ge individuell utformning till materialet för dess användning. Fördelarna med FRP är många, men i allmänhet har det god styrka, god beständighet samtidigt som det har en låg vikt. Detta resulterar i att inom brokonstruktion så ger det strukturen en minskad egenvikt, vilket i sin tur underlättar en mängd olika saker. Detta arbete visar på att FRP-material har fördelaktiga egenskaper och kan i vissa situationer vara mer gynnsamt att använda än stål eller betong. Dock som tidigare påpekat saknas det specifika Eurokoder för detta material. Däremot är vi säkra på att introduktionen av en ny Eurokod samt med uppmuntran från myndigheter kommer användningen av FRP inom brokonstruktion utan tvekan öka. / At present, most bridges in Sweden are made with concrete or steel. These bridges are often associated with high costs, which often depend on maintenance and repair. FRP, which stands for Fiber Reinforced Polymer, is a relatively new material in load-bearing structures but is a well- established material in the context of reinforcement. In Europe and in particular the Netherlands, there are several bridges built in FRP. But due to a lack of norms and regulations to lean against, there is rarely any kind of FRP bridge construction in Sweden. The aim of this thesis is to examine existing norms and study how the material FRP is used in the reinforcement and construction of bridges. Furthermore, this thesis also aims to investigate the properties of FRP as building material and compare it with conventional materials such as steel and concrete. FRP, also called fiber-composite, is a composite material that can be assembled in several different ways. Through various materials that are combined and different manufacturing processes used, one can thus provide individual designs for the material. The benefits of FRP are many, but generally it has good strength, good durability while having a low weight. This results in that within bridge construction, it gives the structure a reduced self-weight, which in turn facilitates a variety of things. This thesis shows that FRP materials have advantageous properties and in some situations can be more favorable to use than steel or concrete. However, as previously pointed out, there are no specific Eurocodes for this material. However we are sure that the introduction of a new Eurocode and encouragement from authorities will undoubtedly increase the use of FRP in bridge construction.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseHBL_DISSERT_PARCIAL.pdf: 2505963 bytes, checksum: 1b82ec8a8147b2b7e13d0af6880855f0 (MD5) Previous issue date: 2012-05-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Materials denominated technical textiles can be defined as structures designed and developed with function to fulfill specific functional requirements of various industrial sectors as are the cases of the automotive and aerospace industries. In this aspect the technical textiles are distinguished from conventional textile materials, in which the aesthetic and of comfort needs are of primordial importance. Based on these considerations, the subject of this dissertation was established having as its main focus the study of development of textile structures from aramid and glass fibers and acting in order to develop the manufacture of composite materials that combine properties of two different structures, manufactured in an identical operation, where each structure contributes to improving the properties of the resulting composite material. Therefore were created in laboratory scale, textile structures with low weight and different composition: aramid (100%), glass (100%) and aramid /glass (65/35%), in order to use them as a reinforcing element in composite materials with polyester matrix. These composites were tested in tension and its fracture surface, evaluated by MEV. Based on the analysis of mechanical properties of the developed composites, the efficiency of the structures prepared as reinforcing element were testified by reason of that the resistance values of the composites are far superior to the polyester matrix. It was also observed that hybridization in tissue structure was efficient, since the best results obtained were for hybrid composites, where strength to the rupture was similar to the steel 1020, reaching values on the order of 340 MPa / Os materiais denominados t?xteis t?cnicos podem ser definidos como estruturas projetadas e desenvolvidas com a fun??o de atender a requisitos funcionais espec?ficos de diversos setores da ind?stria, caso da ind?stria automotiva e aeroespacial. Nesse aspecto, distinguem-se dos materiais t?xteis convencionais, nos quais as necessidades est?ticas e de conforto t?m import?ncia primordial. Com base nessas considera??es, o tema dessa disserta??o foi estabelecido tendo como enfoque principal o estudo do desenvolvimento de estruturas t?xteis a partir de fibras de aramida e de vidro, atuando no sentido de elaborar a fabrica??o de materiais comp?sitos que combinem propriedades de duas estruturas diferentes, fabricadas em uma mesma opera??o, onde cada estrutura contribui para melhoria das propriedades do material comp?sito resultante. Para tanto foram desenvolvidas em escala laboratorial estruturas t?xteis de baixa gramatura e composi??o diferenciada de aramida (100%), vidro (100%) e aramida/vidro (65/35%) para utiliza??o como elemento refor?ante em comp?sitos com matriz de poli?ster. Os comp?sitos produzidos foram ensaiados em tra??o e sua superf?cie de fratura avaliada por MEV. Com base nas analises das propriedades mec?nicas dos comp?sitos desenvolvidos, observou-se a efici?ncia das estruturas ou elaboradas como elemento refor?ante tendo em vista que os valores de resist?ncia dos comp?sitos foram muito superiores ? matriz de poli?ster. Tamb?m foi observado que a hibridiza??o na estrutura dos tecidos foi eficiente, uma vez que os melhores resultados obtidos foram para os comp?sitos h?bridos, onde a resist?ncia na ruptura foi semelhante ? do a?o 1020, atingindo valores na ordem de 340 MPa