Compósitos carbono/carbono processados a partir de uma matriz termoplástica: um estudo abrangente

Abstract

Os compósitos carbono/carbono são amplamente aplicados na indústria aeroespacial, principalmente devido à sua combinação de propriedades, que permite que atuem em temperaturas extremas apresentando boas propriedades mecânicas. Seu processamento exige a carbonização que, por remover elementos da composição do material, o torna poroso, com uma grande quantidade de vazios. A porosidade converte o material em frágil, portanto, a re impregnação é uma alternativa para redução da porosidade e garantir que as propriedades mecânicas não sejam afetadas. A carbonização tem um efeito diferente quanto às matrizes termorrígidas e termoplásticas, onde as termorrígidas apresentam maior perda de massa e, consequentemente, maior porosidade. Assim, este projeto busca avaliar o processamento de compósitos carbono/carbono através de uma matriz termoplástica de PEEK (poli(éter-éter cetona), sendo re-impregnadas com o próprio PEEK em pó. A carbonização foi realizada em um forno tubular, já a re-impregnação em um forno tipo mufla, onde o polímero na forma de pó foi fundido no interior das amostras, preenchendo seus vazios. Ao fim, foi possível reduzir a porosidade dos corpos de prova consideravelmente com apenas três re-impregnações, uma evolução considerando que as matrizes termorrígidas exigem, no mínimo sete. Como forma complementar, foi feito um estudo paralelo de três artigos recentes sobre os compósitos C/C, onde cada trabalho estuda e aborda o material de diferentes formas. Assim, foi possível criar uma base teórica do assunto, avaliando novas formas de processamento, outras propriedades interessantes e diferentes formas de aplicação.

Carbon/carbon composites are widely applied in the aerospace industry, mainly due to their combination of properties, which allows them to endure in extreme temperatures presenting good mechanical properties. Their processing requires carbonization which, by removing elements of the material composition, turns it porous, containing a large number of voids. This porosity makes the material brittle, so a re-impregnation is an alternative to reduce the porosity and ensure that the mechanical properties are not affected. Carbonization has a different effecton thermoset and thermoplastic matrices, where the thermosets have greater mass loss and, consequently, greater porosity. Thus, this project seeks to evaluate the processing of carbon/carbon composites through a thermoplastic matrix of PEEK (polyether-ether-ketone), being re-impregnated with the powdered PEEK itself. The carbonization was done in a tubular oven, while the re-impregnation was done in a muffle furnace, where the polymer in powder form was melted inside the samples, filling their voids. In the end, it was possible to reduce the porosity of the specimens considerably with only three re-impregnations, an evolution considering that the thermosetting matrices require at least seven. As a complement, a parallel study of three recent articles about C/C composites was made, where each work studies and approaches the material in different ways. Thus, it was possible to create a theoretical basis of the subject, evaluating new forms of processing, other interesting properties and different forms of application.