O acabamento superficial ou rugosidade das fibras é um fator importantíssimo no estudo da interface fibra/matriz, no que tange à integridade da estrutura, principalmente em estudos de mecanismos de falhas em compósitos, um assunto de suma importância para a indústria aeronáutica, onde esses materiais são amplamente utilizados. O presente trabalho teve como objetivo o estudo da resistência da interface bem como o mecanismo de absorção de energia durante o processo de pull-out em compósitos, incorporando-se a rugosidade superficial das fibras. Para tanto, foi realizada uma profunda análise da superfície das mesmas por meio de um levantamento da topografia das fibras de carbono T300 (com size e sem size) através de Microscopia de Força Atômica, para a determinação da rugosidade superficial, e conseqüentemente, da área e perímetro real das fibras. Novas metodologias de análise de imagens de Microscopia de Força Atômica foram desenvolvidas, para este objetivo, por meio de ajustes mais aderentes à superfície cilíndrica das fibras. Também foi realizada uma análise fractal da superfície das fibras bem como a sugestão de um modelo de ajuste por uma função matemática. Foi desenvolvido um modelo matemático para análise do processo de pull-out utilizando o método de slab. A inclusão de fatores de correção da rugosidade (convencional, ajuste de função e fractal) juntamente com condições de contorno adequadas nas equações diferenciais obtidas no modelo, possibilitou prever-se, de forma razoavelmente boa, valores de tensões e deformações, possibilitando o cálculo da energia necessária para o pull-out e a comparação desses parâmetros com os resultados experimentais dos ensaios de pull-out. Outros parâmetros relevantes também serão apresentados.

Uma alta produtividade na fabricação de laminados decompostos avançados pode ser alcançada se os laminados forem produzidos com as bordas livres moldadas. Neste trabalho é descrito o processo de fabricação de laminados com este tipo de acabamento das bordas livres. O efeito da seqüência de empilhamento de camadas para os laminados com bordas livres moldadas e experimentalmente estudado e comparado com o de laminados de bordas livres retificadas. A resistência a tração de um conjunto formado por sete diferentes famílias de laminados de carbono/epoxi foi medida. Os resultados mostram que para a maioria das famílias a resistência dos laminados com bordas livres moldadas e aproximadamente 12% em media inferior aos laminados com bordas livres retificadas. Para as famílias que possuem alta densidade de fibras na direção longitudinal na região das bordas livres, os resultados são favoráveis aos laminados com bordas livres moldadas que são, em media, 9% mais resistentes. Em ambos os casos as bordas livres moldadas apresentam baixa susceptibilidade a seqüência de empilhamento de camadas. A presença de pequenas bolsas de resina pura junta das bordas livres dos laminados com bordas livres moldadas causam uma redução na resistência a tração. O efeito da seqüência de empilhamento de camadas pode ser mais acentuado para os laminados com camadas de tecido bidirecional e bordas livres retificadas. As bordas livres moldadas com as fibras posicionadas paralelamente a borda e muito promissora quanto a propagação de danos da borda livre para o interior do laminado.

O objetivo deste trabalho foi o de estudar o comportamento da resistência à tração em função do tamanho do corpo de prova e do equacionamento da força axial de tracionamento, quando um monofilamento é submetido a um Nó, para f ibras de carbono obtidas a partir da fibra poliacrilonitrila (PAN). As estimativas estatísticas da resistência à tração em função da presença de defeitos na superfície das fibras de carbono, permitiram otimizar o tamanho do corpo de prova onde a pouca ou quase nenhuma população de defeitos residentes na superfície ao longo do comprimento da fibra, geraram valores de resistência à tração consistentes em corpos de prova com comprimentos não superiores a 2,5cm. Para corpos de prova com tamanhos abaixo de O,lmm, os testes de Nó forneceram valores efetivos da resistência e módulo de elasticidade em flexão, tanto para fibras de carbono de alto módulo de elasticidade, como para fibras de aI ta resistência à tração. Isto foi enfatizado devido à estimativa ser altamente dependente de anomalias na superfície quando a fibra sofreu deformação de flexão e tração. A uniformidade do módulo de elasticidade, e principalmente do diâmetro das fibras, foram preponderantes nos cálculos teóricos e nos valores experimentais quando o XI monofilamento foi submetido a cargas de tracionamento em Nó. OS valores encontrados para a carga axial tanto em fibras de alto módulo de elasticidade, como em fibras de alta resistência à tração, demonstraram que as variações no diâmetro ao redor de 10% foram representativas.As fraturas que ocorreram quando o monof ilamento foi submetido à tração simples, bem como à tração em "Nó", apresentaram características de fraturas típicas de tração e flexão em fibras de carbono. Essas fraturas foram estudadas e analisadas através de microscópio eletrônico de varredura, onde se pode dectetar visíveis diferenças entre elas.

Neste trabalho foi desenvolvido o processo RTM (Resin Transfer Molding) de produção de laminados reforçados de fibra de vidro e de carbono para uso aeronáutico. Na fase inicial do desenvolvimento foi utilizado um molde didático com visores em vidro para permitir a visualização do escoamento da resina através das camadas dos laminados de fibra de vidro. Em seguida, várias placas reforçadas de fibra de carbono foram moldadas em um molde de alumínio. Corpos-de-prova obtidos dessas placas foram testados em ensaio de flexão a quatro pontos e cisalhamento interlaminar. A fim de se verificar a qualidade dos laminados, foi realizado ainda ensaio físico-químico para avaliação da porcentagem volumétrica em fibras e vazios e o conteúdo em peso de resina. Finalmente, as características físicas e as propriedades mecânicas dos laminados moldados via RTM foram comparadas às dos laminados obtidos em autoclave. Os bons resultados obtidos mostraram que o RTM pode ser um processo promissor para a indústria aeronáutica.

Os compósitos termoestruturais, como por exemplo, as gargantas de tubeira de foguetes, e proteções térmicas re-irradiativas são manufaturadas mediante a utilização de preformas, portanto são materiais com solicitações termo-mecânicas extremas. O esqueleto dessas preformas é por sua vez montado pela utilização de varetas. Estas varetas são moldadas com fibra de reforço (usualmente fibras de carbono), pelo processo de pultrusão. A utilização dessa tecnologia permite a concepção e manufatura de preformas complexas e de dimensões as mais diversas possíveis, permitindo assim uma flexibilidade no projeto do componente a ser obtido. Este trabalho visa, mediante a utilização de técnicas de cálculo que combinam as propriedades individuais dos constituintes do compósito (fibras de reforço e matriz) e as características geométricas da preforma, obter as propriedades elásticas médias de um determinado grupo de compósitos termo-estruturais com configurações de reforço 3D e 4D. As propriedades foram calculas tendo-se por base as propriedades dos componentes individuais à temperatura ambiente. As propriedades elásticas obtidas serão então comparadas às dos grafites sintéticos utilizados atualmente na concepção de gargantas de tubeiras de veículos lançadores.

Orientador: Leide Lili Gongalves da Silva Kostov / Coorientador: Edson Cocchieri Botelho / Coorientador: Mario Ueda / Banca: Rogério Pinto Mota / Banca: Michelle Leali Costa / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Carina Barros Mello / Resumo: Este trabalho refere-se ao processamento de compósitos termoplásticos obtidos a partir de fibras de carbono tratadas por meio de técnicas assistidas por plasma. Os tratamentos empregados foram Descarga Elétrica com Barreira Dielétrica (DBD), que é realizada em pressão atmosférica, envolvendo menores energias e a Implantação Iônica por Imersão em Plasma (3IP), que é realizada em baixa pressão, envolvendo energias mais elevadas. Após o tratamento, foi realizada a caracterização das amostras tratadas e não tratadas para efeito de comparação e também para verificar qual tratamento foi mais eficaz na obtenção de melhores propriedades físico-químicas da fibra para a obtenção dos compósitos termoplásticos, os quais foram produzidos pelo método de moldagem por compressão a quente. Várias técnicas de caracterização foram empregadas, tais como: microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, difração de raios-X, e alguns ensaios mecânicos do compósito, tais como: testes de cisalhamento interlaminar e análise dinâmico-mecânica. Após a análise dos resultados, verificou-se que os tratamentos DBD e 3IP são ferramentas eficazes para melhorar a adesão da interface fibra/matriz polimérica, devido ao aumento da rugosidade da fibra e da introdução de grupos polares em sua superfície. Adicionalmente, houve um aumento da resistência ao cisalhamento dos compósitos obtidos a partir de fibras tratadas por ambos os processos a plasma (DBD e 3IP) / Abstract: In this it has been carried out the processing of thermoplastic composites obtained from carbon fibers (CF) treated by plasma assisted techniques. The employed treatments were Dielectric Barrier Discharge (DBD) that is performed in atmospheric pressure, involving low energy and Plasma Immersion Ion Implantation (PIII), which is held in low pressure regime, consisting of higher energies. After these treatments, both treated and untreated samples, were characterized. A comparison of the results was carried out to determine which treatment is most effective to achieve better physico-chemical properties on the fibers to obtain thermoplastic composites, which were produced by hot compression molding. Several characterization techniques were employed, such as scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction, and some mechanical tests of the composites, such as interlaminar shear strength (ILSS) and dynamic mechanical analysis (DMA). After analyzing the results, it was verified that the DBD and PIII treatments are effective tools for improving the adhesion of the carbon fiber/polymeric matrix interface, due to the CF roughness increasing and the introduction of polar groups on the carbon fiber surface. Additionally, it was noticed an increase of composites shear strength that were produced with treated carbon fibers (DBD and PIII) / Doutor

Orientador: César Renato Foschini / Coorientador: Gilberto de Magalhães Bento Gonçalves / Banca: Carlos Alberto Soufen / Banca: Avelino Alves Filho / Resumo: A exigência dos requisitos de desempenho em estruturas aeroespaciais, navais e automobilísticas vem proporcionando o desenvolvimento de novos materiais, bem como de novas técnicas de fabricação. Normalmente, elevados valores de resistência e rigidez específicas aliados ao baixo peso específico são procurados em projetos estruturais, obtendo-se soluções por meio da utilização de materiais compósitos, particularmente polímeros termo fixos dotados de reforços fibrosos. O entendimento do que é um material composto é necessário, pois trata-se da combinação de no mínimo dois materiais com fase heterogênea, que separados possuem propriedades e características distintas e sua combinação é desejada para a confecção de um material único, com a conformidade das propriedades de ambos os materiais, tornando atrativa sua aplicação. Para otimizar a confecção do laminado em cada projeto, é imprescindível a utilização do modelo em elementos finitos para a obtenção da faixa de tensões, pelo método do critério de falha, sofrida pela amostra e assim obter-se a melhor propriedade mecânica para o seu uso. O presente trabalho tem por objetivo elaborar um estudo comparativo entre os resultados obtidos experimentalmente e os obtidos virtualmente, para validar o uso do software de elementos finitos na execução de um projeto utilizando como material principal o compósito estrutural de fibra de carbono com resina epóxi. Para isso, foram realizados ensaios para obter as propriedades mecânicas, e a melhor... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The demand of requirements in performance of aerospace, naval and automotive structures has been providing the development of new materials as well as new manufacturing techniques. High values of specific strength and stiffness combined with low specific gravity are usually sought in blade designs for wind generators and other components of these systems, obtaining solutions using composite materials, particularly thermoset polymers endowed with fibrous reinforcements. The understanding of what is a composite material is necessary because it is a combination of at least two materials with heterogeneous phase, which have different properties and characteristics and their combination is desired for the manufacture of a single material with conformity of the properties of both materials, making its application attractive. To optimize the preparation of the laminate in each project, it is essential to use the finite element model to obtain the stress range, by the failure criterion method, and to obtain the best mechanical property for its use. The present work has the objective of elaborating a comparative study between the results obtained experimentally and those obtained virtually to validate the use of finite element software in the execution of a project using the structural material of carbon fiber with epoxy resin as its main material. For this, tests were carried out to obtain the mechanical properties and the best curing temperature of the SQ 2004 resin. Later, carbon f... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A necessidade cada vez maior de efetuar a reabilitação de estruturas que apresentam manifestações patológicas faz com que os profissionais da área busquem continuamente aperfeiçoar os meios tradicionais utilizados para este fim e investigar novos materiais que apresentem vantagens técnicas e econômicas. A utilização de tecidos de fibra de carbono para reabilitação ou reforço de estruturas de concreto armado apresenta-se como uma nova alternativa que tem despertado grande interesse tanto no meio científico quanto no meio profissional, justificando-se o seu estudo. A presente pesquisa investiga a sanidade do reforço quando submetido a elevadas temperaturas, uma vez que o risco de perda da integridade durante um incêndio constitui uma das principais preocupações no que se refere a esta nova técnica, pois a aderência do tecido ao substrato é realizada com adesivo epóxi, altamente vulnerável ao efeito do calor. A degradação em termos de perda de resistência do reforço é avaliada para temperaturas variando de 80 °C à 240 °C e tempos de exposição de 30 à 120 min. Proteções passivas com argamassa de revestimento e gesso aplicadas sobre a matriz de epóxi, como forma de atenuar a degradação do polímero, são também investigadas Pesquisas e várias combinações destas variáveis e os resultados indicam que o adesivo epóxi apresenta um processo de volatilização crescente com o aumento da temperatura, comprometendo a eficácia da técnica de reforço; no entanto, a aplicação de revestimentos incombustíveis e isolantes sobre os elementos reforçados retarda este fenômeno. O estabelecimento do que se constitui em boa técnica para a aplicação de reforço com tecidos de fibra de carbono é de vital importância para evitar o colapso de elementos estruturais reforçados ou, ao menos, garantir estanqueidade e isolamento dos mesmos por um intervalo de tempo suficiente que possibilite a retirada dos ocupantes e as operações de combate ao incêndio em condições de segurança.

Made available in DSpace on 2015-05-14T16:53:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-06Bitstream added on 2015-05-14T16:59:03Z : No. of bitstreams: 1 000825155.pdf: 1531867 bytes, checksum: faa2b29cb35354567d34fa54e2bbcf10 (MD5) / Este trabalho refere-se ao processamento de compósitos termoplásticos obtidos a partir de fibras de carbono tratadas por meio de técnicas assistidas por plasma. Os tratamentos empregados foram Descarga Elétrica com Barreira Dielétrica (DBD), que é realizada em pressão atmosférica, envolvendo menores energias e a Implantação Iônica por Imersão em Plasma (3IP), que é realizada em baixa pressão, envolvendo energias mais elevadas. Após o tratamento, foi realizada a caracterização das amostras tratadas e não tratadas para efeito de comparação e também para verificar qual tratamento foi mais eficaz na obtenção de melhores propriedades físico-químicas da fibra para a obtenção dos compósitos termoplásticos, os quais foram produzidos pelo método de moldagem por compressão a quente. Várias técnicas de caracterização foram empregadas, tais como: microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, difração de raios-X, e alguns ensaios mecânicos do compósito, tais como: testes de cisalhamento interlaminar e análise dinâmico-mecânica. Após a análise dos resultados, verificou-se que os tratamentos DBD e 3IP são ferramentas eficazes para melhorar a adesão da interface fibra/matriz polimérica, devido ao aumento da rugosidade da fibra e da introdução de grupos polares em sua superfície. Adicionalmente, houve um aumento da resistência ao cisalhamento dos compósitos obtidos a partir de fibras tratadas por ambos os processos a plasma (DBD e 3IP) / In this it has been carried out the processing of thermoplastic composites obtained from carbon fibers (CF) treated by plasma assisted techniques. The employed treatments were Dielectric Barrier Discharge (DBD) that is performed in atmospheric pressure, involving low energy and Plasma Immersion Ion Implantation (PIII), which is held in low pressure regime, consisting of higher energies. After these treatments, both treated and untreated samples, were characterized. A comparison of the results was carried out to determine which treatment is most effective to achieve better physico-chemical properties on the fibers to obtain thermoplastic composites, which were produced by hot compression molding. Several characterization techniques were employed, such as scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction, and some mechanical tests of the composites, such as interlaminar shear strength (ILSS) and dynamic mechanical analysis (DMA). After analyzing the results, it was verified that the DBD and PIII treatments are effective tools for improving the adhesion of the carbon fiber/polymeric matrix interface, due to the CF roughness increasing and the introduction of polar groups on the carbon fiber surface. Additionally, it was noticed an increase of composites shear strength that were produced with treated carbon fibers (DBD and PIII)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2015-05-25T13:49:32Z No. of bitstreams: 1 2014_WillianArveyMolanoGabalan.pdf: 6934353 bytes, checksum: f4dea10ef7ef501db318624508ecf95e (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2015-05-25T14:21:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_WillianArveyMolanoGabalan.pdf: 6934353 bytes, checksum: f4dea10ef7ef501db318624508ecf95e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-25T14:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_WillianArveyMolanoGabalan.pdf: 6934353 bytes, checksum: f4dea10ef7ef501db318624508ecf95e (MD5) / Este trabalho avalia a fabricação, a geometria e o acabamento superficial de dois grupos de três pás compósitas cada um, feitas utilizando-se cura frio de resina epóxi e reforçadas com tecidos balanceados. O primeiro grupo de pás, PC, em fibra de carbono e, o grupo dois, PV, em fibra de vidro-E. Além disso, foi usado para fins de comparação o molde macho denominado pá precursora, PP. Foram construídos modelos de projeto auxiliado por computador, CAD, de todas as pás a partir de pontos obtidos com uma máquina de medir por coordenadas. Com ditos modelos se fez a avaliação comparando-os com o modelo teórico padrão, GT. Como resultados da análise se obtiveram valores médios de 2,23⁰; 2,48⁰; 0,38⁰ nos desvios em graus do eixo central com respeito ao modelo CAD, para os modelos das pás compósitas PC, PV e PP, respetivamente. Assim como uma distância média dos pontos ao modelo teórico de 1,07 mm; 1,01 mm; 0,64 mm, dos modelos das pás compósitas PC, PV e PP, respetivamente. Isto é importante porque permitiu desenvolver uma metodologia válida para avaliar pás com respeito a um modelo teórico ou um molde experimental Foi obtido como resultado principal que os dados da rugosidade dos parâmetros Ra, Rq, têm como valores médios maiores nas pás com reforço de fibra de vidro, PVs (Ra=2,64 μm; Rq=3,65 μm; Rz=14,46 μm), quando comparados com as pás com reforço em fibra de carbono, PCs (Ra=0,42 μm; Rq=0,75 μm; Rz=1,62 μm). Assim, foi possível fazer uma avaliação entre os dois tipos de tecidos usados na fabricação de pás. Além, foram estimados os valores para os módulos elásticos para as pás por dois métodos diferentes, o primeiro usando simulações (S) e o segundo usando aproximação da geometria das pás (AG) que permite fazer uma estimativa rápida, sem levar em conta toda a complexidade geométrica das pás. Para o grupo de pás PVs obtendo-se por médio de ‘AG’ 13,7 GPa e ‘S’ 14,4 GPa, entretanto para as PCs obteve-se 22,2 GPa para ‘S’ e 30,5 GPa por ‘S’ respetivamente. ____________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, the process, geometry and surface finish of six composite blades for use in wind generators were studied. These blades, divided in two groups; PC (carbon fiber) and PV (E-glass fiber) were fabricated from the same precursor blade (PP) using manual impregnation and cold curing epoxy resin matrix reinforced with balanced fabrics. Computer aided design (CAD) models were constructed for all the blades from data (coordinates) obtained with a Articulated Arm coordinate Measuring Machine (AACMM). These models were compared with the theoretical standard CAD model (GT). The result of this analysis indicate a deviation of 2.23 ⁰; 2.48 ⁰; 0.38 ⁰ (in relation to the central axis and with respect to the standard CAD model), for models of composite blades PC, PP and PV, respectively, just as an average distance of points to the theoretical model of 1.07 mm; 1.01 mm; 0.64 mm, of the models PC, PP and PV, respectively. This is important because it has allowed to developing a valid methodology to assess blades with respect to a theoretical model or an experimental mold. Was obtained, as the main result, that data of the roughness parameters Ra, Rq, and Rz, showed higher mean values in spades reinforced with fiberglass, PVs (Ra=2,64 μm; Rq=3,65 μm; Rz=14,46 μm), than blades reinforced with carbon fiber, PCs (Ra=0,42 μm; Rq=0,75 μm; Rz=1,62 μm). Thus, it was possible to evaluate between two types of tissues when used in the manufacture of blades. Additionally, were estimated the values for the bending elastic modulus of the blades by two different methods. The first using numerical simulations (S) and the second approach using the geometry of the blades (AG). For the group of PVs (PCs) was obtained 13,7 GPa (22,2 GPa) and 14,4 GPa (30,5 GPa) using the methodology “AC” and “S”, respectively.