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Previous issue date: 2012-09-28 / The application of composite materials and in particular the fiber-reinforced plastics (FRP) has gradually conquered space from the so called conventional materials. However, challenges have arisen when their application occurs in equipment and mechanical structures which will be exposed to harsh environmental conditions, especially when there is the influence of environmental degradation due to temperature, UV radiation and moisture in the mechanical performance of these structures, causing irreversible structural damage such as loss of dimensional stability, interfacial degradation, loss of mass, loss of structural properties and changes in the damage mechanism. In this context, the objective of this thesis is the development of a process for monitoring and modeling structural degradation, and the study of the physical and mechanical properties in FRP when in the presence of adverse environmental conditions (ageing). The mechanism of ageing is characterized by controlled environmental conditions of heated steam and ultraviolet radiation. For the research, it was necessary to develop three polymer composites. The first was a lamina of polyester resin reinforced with a short glass-E fiber mat (representing the layer exposed to ageing), and the other two were laminates, both of seven layers of reinforcement, one being made up only of short fibers of glass-E, and the other a hybrid type reinforced with fibers of glass-E/ fibers of curaua. It should be noted that the two laminates have the lamina of short glass-E fibers as a layer of the ageing process incidence. The specimens were removed from the composites mentioned and submitted to environmental ageing accelerated by an ageing chamber. To study the monitoring and modeling of degradation, the ageing cycles to which the lamina was exposed were: alternating cycles of UV radiation and heated steam, a cycle only of UV radiation and a cycle only of heated steam, for a period defined by norm. The laminates have already undergone only the alternating cycle of UV and heated steam. At the end of the exposure period the specimens were subjected to a structural stability assessment by means of the developed measurement of thickness variation technique (MTVT) and the measurement of mass variation technique (MMVT). Then they were subjected to the mechanical tests of uniaxial tension for the lamina and all the laminates, besides the bending test on three points for the laminates. This study was followed by characterization of the fracture and the surface degradation. Finally, a model was developed for the composites called Ageing Zone Diagram (AZD) for monitoring and predicting the tensile strength after the ageing processes. From the results it was observed that the process of degradation occurs
Abstract
Raimundo Nonato Barbosa Felipe xiv
differently for each composite studied, although all were affected in certain way and that the most aggressive ageing process was that of UV radiation, and that the hybrid laminated fibers of glass-E/curaua composite was most affected in its mechanical properties / A aplica??o dos materiais comp?sitos e em particular os pl?sticos refor?ados por fibras (PRF) tem conquistado espa?o, gradativamente, dos materiais ditos convencionais, por?m desafios t?m sido colocados quando sua aplica??o ocorre em equipamentos e estruturas mec?nicas que ficar?o expostos a condi??es ambientais adversas, principalmente quando se tem a influ?ncia da degrada??o ambiental do tipo temperatura, radia??o UV e umidade, no desempenho mec?nico dessas estruturas, ocasionando danos estruturais irrevers?veis tais como: perda de estabilidade dimensional, degrada??o interfacial, perda de massa, perda das propriedades estruturais e altera??es no mecanismo de dano. Neste contexto a presente tese tem como objetivo o desenvolvimento de um processo de monitoramento e modelagem da degrada??o estrutural, e o estudo das propriedades f?sicas e mec?nicas, em PRF quando em presen?a de condi??es ambientais adversas (envelhecimento). O mecanismo de envelhecimento ? caracterizado por condi??es ambientais controladas de vapor aquecido e de radia??o ultravioleta. Para a pesquisa foi desenvolvido tr?s comp?sitos polim?ricos, o primeiro uma l?mina de resina poli?ster refor?ado com manta de fibras curtas de vidro-E (representando a camada exposta ao envelhecimento) e dois laminados, ambos de sete camadas de refor?o, sendo um constitu?do s? com manta de fibras curtas de vidro-E, e o outro do tipo h?brido refor?ado com fibras de vidro-E/fibras de curau?. Ressalta-se que os dois laminados t?m a l?mina de fibras curtas de vidro-E como camada de incid?ncia do processo de envelhecimento. Os corpos de provas (CP s) foram retirados dos comp?sitos citados e submetidos ao envelhecimento ambiental acelerado atrav?s da c?mara de envelhecimento. Para o estudo do monitoramento e modelagem da degrada??o, os ciclos de envelhecimento a que foram expostos ? l?mina foram: ciclos alternados de radia??o UV e vapor aquecido, ciclo somente de radia??o UV e o ciclo somente de vapor aquecido, por um per?odo definido em norma. J? os laminados foram submetidos a apenas ao ciclo alternado de UV e vapor aquecido. Ao t?rmino do per?odo de exposi??o os CP s foram submetidos ? avalia??o da estabilidade estrutural mediante a t?cnica desenvolvida de medi??o de varia??o de espessura (TMVE) e a t?cnica de media??o de varia??o de massa (TMVM). Em seguida os mesmos foram submetidos aos ensaios mec?nicos de tra??o uniaxial para a l?mina e todos os laminados, al?m do ensaio de flex?o em tr?s pontos para os laminados. Esse estudo foi seguido da caracteriza??o da fratura e da degrada??o superficial. Por fim, foi desenvolvido um modelo para os
Resumo
Raimundo Nonato Barbosa Felipe xii
comp?sitos denominado de Diagrama da Zona de Envelhecimento (DZE) para o monitoramento e predi??o da resist?ncia mec?nica ? tra??o ap?s os processos de envelhecimento. Ao t?rmino das an?lises foi observado que o processo de degrada??o se d? de forma diferente para cada comp?sito pesquisado, no entanto todos foram afetados, o processo de envelhecimento mais agressivo foi o de radia??o UV, e que o comp?sito que foi mais afetado em suas propriedades mec?nicas foi o laminado h?brido de fibras de vidro-E/curau?
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/15594 |
| Date | 28 September 2012 |
| Creators | Felipe, Raimundo Nonato Barbosa |
| Contributors | CPF:16080564491, http://lattes.cnpq.br/1196595599227394, Freire J?nior, Raimundo Carlos Silv?rio, CPF:02306444498, http://lattes.cnpq.br/1042806990155996, Ladchumananandasivam, Rasiah, CPF:18222161415, http://lattes.cnpq.br/8553209522282182, Silva, Gilson Garcia da, CPF:56634161453, http://lattes.cnpq.br/8681275097040450, Santos, Marco Antonio dos, CPF:18471200082, Aquino, Eve Maria Freire de |
| Publisher | Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Programa de P?s-Gradua??o em Engenharia Mec?nica, UFRN, BR, Tecnologia de Materiais; Projetos Mec?nicos; Termoci?ncias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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