Strain rate dependent behavior of composite materials and epoxy

Abstract

Considerando as amplas aplicações de materiais compósitos para melhorar estruturas de obras em engenharia, é importante estudar a dependência do comportamento do material em função da velocidade de deformação aplicada aos materiais compósitos e aos epóxis adesivos. Propriedades mecânicas do material Sikacarbodur S512 e materiais adesivos mostram comportamentos diferentes quando analisados utilizando diferentes razões de deformação. Os resultados obtidos mostram que o Sikacarbodur S512 não é um material dúctil devido à ausência de capacidade de experimentar deformações inelásticas porque o domínio elástico domina seu comportamento mecânico. Os aditivos epóxis não têm domínio plástico considerável, e o intervalo visco elástico domina o seu comportamento mecânico sob forças de tração. As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) das amostras de Sikacarbodur S512 mostram que o comportamento de fratura acontece na zona de interface (zona de contato entre as fibras e a resina) que é afetada pela concentração de tensões e propagações de trincas. As análises de MEV antes e depois dos testes de tração das amostras de Sikadur 30 e Sikadur 330 mostram que ambos os materiais possuem uma fase contínua e uma fase granular. Nas duas resinas as ligações covalentes são quebradas durante os testes embora o Sikadur 30 tem o comportamento mais crítico. O Sikadur 330 tem melhor comportamento mecânico do que o sikadur 30 e esse melhor comportamento é mais bem entendido quando compara-se suas deformações de ruptura em tensão e suas capacidades para absorver energia.

Considering the wide application range of composite materials for retrofitting civil engineering structures, it is found important to study the strain rate dependent behavior of both composite materials and some structural adhesive epoxies. Mechanical properties of Sikacarbodur S512 and adhesives bonding materials show different behavior when analyzed at different strain rates. Moreover, it was found that Sikacarbodur S512 is not a ductile material since it cannot sustain inelastic deformation because an elastic range governs its mechanical behavior. Epoxies adhesive do not have a significant plastic range; a viscoelastic range governs their main mechanical behavior under tensile loads. Sikacarbodur S512 analyses using scanning electron microscopy (SEM) shows that the fracture behavior is addressed by the interphase zone (contact zone between fiber and resin) which is affected by tensile stress concentration and cracks propagations. SEM analyses before and after tensile tests of both Sikadur 30 and Sikadur 330 shows that they have a continuous phase and a granular phase. In both resins, covalent bonds are broken, however sikadur 30 shows the most critical behavior. Sikadur 330 has better mechanical behavior under uniaxial tensile test than sikadur 30, and this better behavior is realized when their tensile strain to break and absorbed energy capacity are compared.