O presente trabalho aborda o processamento e caracterização de um compósito híbrido obtido a partir da combinação de lâminas de titânio com pré-impregnados de fibra de carbono e epóxi. Atualmente, os compósitos híbridos vêm sendo amplamente estudados, devido a suas propriedades dinâmico-mecânicas específicas excepcionais. Como contribuições deste trabalho para o tema, têm-se um estudo sobre a preparação das matérias-primas e avaliação processamento do compósito por meio de ensaios de rugosidade, calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), microscopia óptica e verificação de massa específica. Também foram realizadas caracterizações por meio de ensaio de resistência à tração, resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), resistência ao cisalhamento com entalhe em V (Iosipescu) e ensaio de vibração livre. Adicionalmente é apresentado o comportamento em vibração livre do material após sofrer condicionamento higrotérmico. Os resultados das propriedades mecânicas para o compósito híbrido titânio/fibra de carbono/epóxi são comparados com as calculadas das predições a partir da regra das misturas e com valores de propriedades de compósitos da mesma família, como o GLARE e o CARALL . Como resultado, o compósito estudado apresenta propriedades excepcionalmente superiores quando comparados com o GLARE e CARALL, tornando-se um material candidato para aplicações estruturais na indústria aeroespacial.

Os Materiais Absorvedores de Radiação Eletromagnética (MARE) possuem características química e física que convertem a energia da onda eletromagnética incidente em energia térmica. Atualmente, esses materiais são utilizados nos setores espacial, aeronáutico, telecomunicações e médico, em aplicações que requerem o controle do nível da radiação eletromagnética. Este trabalho mostra o estudo do comportamento de MARE, obtidos via combinação adequada de substratos de materiais compósitos com matrizes epóxi e fenólica reforçadas com fibras de carbono, vidro e aramida, e revestimentos absorvedores de radiação eletromagnética, comprometidos com a faixa de freqüências entre 8 e 12 GHz. A caracterização eletromagnética dos materiais foi realizada pelo uso dos métodos de guia de onda, arco NRL, perda por inserção entre antenas e seção reta radar, que envolvem fundamentalmente a determinação do coeficiente de transmissão e reflexão do material. O material absorvedor de radiação eletromagnética foi obtido pelo uso de um aditivo magnético baseado em ferrita da classe espinélio, tipo MnZn, em matriz do tipo epóxi com concentração de 60 % em massa. O MARE obtido aplicado em uma placa metálica plana apresenta uma absorção máxima em 10 GHz, igual a -20 dB (99%) e -43 dB (99,995%) com 2mm e 3 mm de espessura, respectivamente. A absorção da radiação eletromagnética do MARE obtido foi correlacionada com os parâmetros complexos de permeabilidade e permissividade, granulometria e espectroscopia Mossbauer, onde foi verificado que a granulometria altera o comportamento de absorção. O MARE com 2 mm de espessura foi aplicado nas placas planas de materiais compósitos, onde foi determinado que o coeficiente de reflexão destes substratos foi reduzido entre -20 dB (99%) e -13 dB (95%) em 10 GHz. Quando o MARE com 2 mm de espessura foi aplicado em substratos metálicos (alumínio) com geometrias tipos diedro e triedro, foi observada uma maior redução da radiação incidente, de -25 dB (99,7%) e -30 dB (99,9%) em 10 GHz, respectivamente, devido ao efeito de múltiplas reflexões do sinal entre as faces desses alvos.

Os materiais compósitos têm sido cada vez mais utilizados principalmente na indústria aeroespacial devido à sua característica de baixa massa específica aliada à alta resistência mecânica, tanto estática quanto em fadiga. Estruturas aeronáuticas e aeroespaciais sofrem, durante operação em serviço, esforços mecânicos de tração, compressão, flexão e cisalhamento. Muitas vezes esses esforços ocorrem de maneira combinada. Dentre esses esforços, o de cisalhamento é, sem dúvida, o mais complexo de avaliação devido à heterogeneidade, anisotropia e baixa resistência, que pode causar a falha prematura da estrutura. Dentre os métodos de ensaio para avaliação de propriedades em cisalhamento, o método Iosipescu, pelo fato de ser simples e eficaz para a obtenção da resistência (?) e do módulo em cisalhamento interlaminar ou no plano, tem recebido aceitação pela comunidade científica. O presente trabalho propõe-se a caracterizar as propriedades estáticas, resistência e módulo em cisalhamento, e avaliar a vida em fadiga, por meio do método Iosipescu, para uma resina epóxi e para compósitos com matriz em resina epóxi reforçados com tecido de fibras de vidro e tecido de fibras de carbono. A partir de resultados estáticos de cisalhamento no plano foram realizados ensaios de fadiga e obtidas curvas S-N com duas razões de tensão diferentes, R=0,1 e 0,5, frequência de 12 Hz, carregamento cíclico constante na forma senoidal e limite máximo de 120 000 ciclos. Os valores de ?12 e G12 obtidos estaticamente e em fadiga são comparados entre os materiais ensaiados. A resina epóxi sem reforço apresenta o menor módulo e limite de fadiga, seguida pelos compósitos orientados a 0/90 e, finalmente, pelos compósitos orientados a 45. Observa-se também que, em todos os materiais, a vida em fadiga é maior para R=0,5, devido principalmente ao comportamento viscoelástico da resina epóxi.

Embora os materiais compósitos possuam diversas vantagens em relação aos metálicos, uma de suas desvantagens é a baixa resistência à delaminação, um dos modos mais comuns de falha de estruturas em materiais compósitos. O objetivo deste trabalho é obter valores de resistência à fratura interlaminar, para um laminado com camadas de carbono-epoxi a 0 pré-impregnadas, à temperatura ambiente. Foram realizados os ensaios DCB (Double Cantilever Beam) para o modo I (abertura), 4ENF (Four Point End Notched Flexure) para modo II (cisalhamento) e MMB (Mixed Mode Bending) para o modo misto. Os ensaios DCB e MMB seguiram normas ASTM, enquando o 4ENF foi realizado seguindo procedimentos desenvolvidos pelo MERL (Materials Engineering Research Laboratory). O ensaio MMB foi realizado com as razões de mixidade de 25, 50 e 75%. Além disso, foi avaliado o método de redução de dados CBBM (Compliance Based Beam Method) para o ensaio DCB, no qual não é necessário medir o comprimento de delaminação durante o ensaio. Finalmente, foi discutida a correlação entre e através do envelope de falha do material e a influência do uso de tecido de fibra de carbono nos resultados de tenacidade à fratura interlaminar.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GARCIA_Andre_2013.pdf: 15819879 bytes, checksum: 9190fa1c1e1cd61a69da76af1922b664 (MD5) Previous issue date: 2013-03-18 / The use of shields in real estates (buildings and houses) in Brazil and in the World, the manufacture of armored doors, shields and walls is increasing and becoming a very promising market worldwide. Nowadays, in this shield area, the use of steel as raw material in the construction of panels for levels of protection called IIA is predominant. An alternative for this material is the development of composite materials of polymer matrix reinforced with fibers. In this context, the work involves the development of panels in composite of epoxy matrixes reinforced with fiberglass and elastomeric nanoparticles. The objective of this research was comparing the performance of composite panels with and without use of the particles. The method used for molding the composite panels was the lamination of sheets with six and ten HPG (High Performance Glass) layers of fiberglass by hot pressing process, using epoxy resin (DGEBA) with nanoparticles of rubber (butadiene) in addition as a matrix. To evaluate the performance of the molded composites, mechanical tests were realized, including Tensile Strength, Flexure Strength, Interlaminar Shear Strength, Izod Impact Strength, and Ballistic Impact tests (with 40 hand gun). Beyond that, other tests were also performed: physical-chemical, rate fiber/resin, void content and mass per unit area (weight). Besides that, some DMTA (Dynamic Mechanical Thermal Analyzer) were also performed in samples of resin (matrix) and laminates. Within the laminates molded and analyzed, it can be highlighted that the laminates containing elastomeric particles in the epoxy matrix, promoted the decreasing of density about 14% and increasing of the ballistic impact strength of the laminate. / No Brasil e no mundo a utilização de blindagens em imóveis (prédios e casas), e na fabricação de portas, escudos e paredes blindadas vem aumentando e se tornando um mercado bastante promissor. Nesta área de blindagem, atualmente, predomina a utilização de aço como matéria-prima para construção de painéis para níveis de proteção balística denominados IIA. Uma alternativa para esse material é o desenvolvimento de materiais compósitos de matrizes poliméricas reforçados com fibras. Dentro deste contexto, este trabalho envolve o desenvolvimento de painéis em compósito de matriz epóxi (DGEBA) com nanopartículas de borracha reforçada com fibras de vidro HPG (High Perfomance Glass). A pesquisa teve como objetivo comparar o desempenho dos painéis compósitos com e sem a utilização das nanopartículas. O método utilizado para moldagem dos painéis compósitos foi a laminação de chapas com seis e dez camadas de fibras de vidro tipo HPG (High Performance Glass), por processo de prensagem à quente, utilizando como matriz a resina epóxi (DGEBA) aditivada com nanopartículas de borracha (butadieno). Para avaliar o desempenho dos compósitos moldados foram realizados ensaios mecânicos de resistência à tração, resistência à flexão, cisalhamento interlaminar; resistência ao Impacto Izod, ensaios de impacto balístico com pistola calibre .40 de polegada, além de ensaios físico-químicos, fração fibra/resina, concentração de vazios, densidade e gramatura. Também foram realizadas algumas análises de DMTA (análise térmica dinâmico-mecânica) em amostras da resina (matriz) e dos laminados. Dentre os laminados moldados e analisados pode-se destacar que o laminado contendo nanopartículas elastoméricas na matriz epóxi proporcionou a diminuição da densidade em torno de 14% e aumento da resistência ao impacto balístico do laminado.

A importância dos sistema epoxídicos (SE) origina-se da sua versatilidade e potencial de uso. Dependendo das propriedades físicas e químicas dos agentes de cura (AC) e das condições em que a cura foi processada, será possível obter um material final com propriedades variáveis quanto as resistência química, mecânica, térmica, etc. A compreensão do mecanismo de cura é essencial para estabelecer a relação entre a estrutura do material e suas propriedades e assim otimizar as condições de utilização quer sejam como material adesivo, revestimento ou matriz em compósitos. Assim, fica evidente a importância da caracterização e identificação dos agentes de cura nos sistemas epoxídicos. Portanto, sistemas epoxídicos (SE) a base de resina (EP) diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA) curados com 9 agentes de cura (AC) foram manufaturados. A caracterização destes SE, EP e AC foi feita por calorimetria exploratória diferencial (DSC), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), análise termogravimétrica (TG) e acoplamento TG/FT-IR. As condições de cura dos SE foi determinada por DSC. As alterações espectrométricas FT-IR ocorridas durante a reação de cura de determinados sistemas foram avaliadas nas regiões do infravermelho médio (MIR) e próximo (NIR). A temperatura de decomposição dos SE foi determinada por TG, e essa temperatura foi utilizada na identificação dos AC nos respectivos SE por pirólise controlada FT-IR (CONTROLPIR/FT-IR). A análise de produtos líquidos de decomposição dos SE e AC foi feita por CONTROLPIR/FT-IR e dos gasosos por TG/FT-IR. A avaliação de propriedades de impacto (método Charpy), microscopia após impacto, vibração, e dinâmico-mecânicas (DMA) foi feita para dois SE. Os resultados encontrados no ensaio de Vibração e DMA (módulo de armazenagem, módulo de perda e fator de amortecimento) apresentaram dados semelhantes. Dos resultados obtidos nesta Dissertação, foi verificado que a metodologia NIR evidencia melhor as alterações espectrométricas ocorridas durante a cura dos sistemas, e que a metodologia desenvolvida, CONTROLPIR/TG/FT-IR, permite a detecção de AC, mesmo nos SE em que este componente esteja presente em menor teor, relativamente, a outros AC utilizados. A determinação das propriedades de impacto de dois SE, contendo grupos amida e/ou amina, mostrou que a estrutura química dos AC utilizados e a formação de ligação cruzadas são os fatores preponderantes na avaliação dos diferentes resultados encontrados, que foram confirmados pela análise por DMA.