Influência do intemperismo no mecanismo da fratura de compósitos soldados PEI/fibra de vidro

Abstract

Dentre os setores de aplicações comerciais de materiais compósitos avançados, destaca-se o setor aeroespacial com larga aplicação desses materiais. Entre as técnicas de união aplicadas aos compósitos termoplásticos está a soldagem com grandes vantagens em relação aos outros processos de uniões tais como, redução de custo, agilidade de processamento, redução de elementos acumuladores de tensão, preparações mais simplórias das superfícies a serem soldadas. Mesmo com essas vantagens e, embora o processo já seja utilizado nos setores industriais, a soldagem de compósitos tem como desafio a melhoria de sua resistência, a aplicação do processo para reparos ou processamentos em campo, além da necessidade de avaliação dos efeitos das condições climáticas em juntas soldadas, as quais podem estar submetidas quando em operação em uma aeronave, por exemplo. Mediante a isso, esse trabalho visa produzir e estudar juntas soldadas por resistência elétrica e por tocha acetilênica em compósito PEI/fibra de vidro. Os compósitos obtidos foram submetidos ao condicionamento higrotérmico seguido de ensaios mecânicos de LSS (Lap Shear Strength) e ENF (End-Notched Flexure). O mecanismo de fratura das juntas soldadas foi avaliado por microscopia. A partir das análises e dos resultados obtidos, foi observado que os valores de resistência ao cisalhamento em modo II dos compósitos soldados por resistência elétrica (3270,9 J/m²) são similares aos descritos na literatura para os compósitos PEI/fibra de vidro. Porém, para os compósitos soldados pelo processo de oxiacetileno observou-se uma redução de aproximadamente 20% nos valores de (GIIc). As amostras submetidas ao condicionamento higrotérmico apresentaram redução de aproximadamente 20% para amostras ensaiadas por LSS e 32% para amostras ensaiadas por ENF (GIIc) em relação as amostras não soldadas. Os mecanismos de fratura foram avaliados e identificados por meio da microscopia óptica caracterizando mecanismos de fratura translaminar em todas condições estudadas com a presença de fratura interfacial nos materiais soldados por oxiacetileno indicando uma interface com menor grau de interação quando comparados com os materiais soldados por resistência elétrica, corroborando com os resultados mecânicos obtidos.

Among the commercial application sectors of advanced composite materials, the aerospace sector with wide application of these materials stands out. Among the joining techniques applied to thermoplastic composites is welding with great advantages over other joining processes such as cost reduction, processing agility, reduction of stress accumulators, little or no preparation required of the surface to be processed. Even with these advantages, and although the process is already used in the industrial sectors, composite welding has the challenge of improving its resistance, the application of the process for field repairs or processing, and the need to evaluate the effects of weather conditions. welded joints, which may be subjected when operating in an aircraft, for example. Therefore, this work aims to produce and study joints welded by electric resistance and acetylene torch in PEI / fiberglass composite. The composites obtained were subjected to hygrothermal conditioning followed by mechanical tests of LSS (Lap Shear Strength) and ENF (End-Notched Flexure). The fracture mechanism of the welded joints was evaluated by microscopy. From the analyzes and results obtained, it was observed that the shear strength values in mode II of the composites welded by electric resistance (3270.9 J / m²) are similar to those described in the literature for PEI / fiberglass composites. However, for the composites welded by the oxyacetylene process, a reduction of approximately 20% in the values of (GIIc) was observed. The samples subjected to hygrothermal conditioning showed reduction of approximately 20% for samples tested by LSS and 32% for samples tested by ENF (GIIc) compared to non-welded samples. Fracture mechanisms were evaluated and identified by optical microscopy characterizing translaminar fracture mechanisms under all conditions studied with the presence of interfacial fracture in oxyacetylene welded materials indicating an interface with a lower degree of interaction when compared to materials welded by electrical resistance corroborating the mechanical results obtained.