Avaliação de parâmetros mais adequados à obtenção de compósitos termoplásticos via moldagem por compressão a quente
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Data
2023-11-10
Orientador
Botelho, Edson Cocchieri 
Coorientador
Costa, Michelle Leali
Pós-graduação
Engenharia - FEG 33004080027P6
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Nos últimos anos têm sido observado um desenvolvimento progressivo em aplicações leves e sustentáveis na indústria automotiva. Neste contexto, os polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP – do inglês Carbon Fiber Reinforced Polymer) têm atraído a atenção desta indústria principalmente devido às suas propriedades como resistência mecânica superior aos metais, rigidez e leveza, oferecendo uma redução significativa no peso final do veículo e, consequentemente, reduzindo a emissão de CO2 e ocasionando a redução do consumo de combustível. O presente trabalho visa avaliar a influência dos parâmetros de reprocessamento na cristalização e nas propriedades mecânicas de um CFRP fabricado a partir de um semipreg comercial constituído de matriz de poliamida 6 reforçada com tecido de fibra de carbono do tipo twill, 2x2. A partir da caracterização térmica do semipreg (calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise termogravimétrica (TGA)), foi possível definir ciclos de processamento e com diferentes taxas de resfriamento para gerar uma provável variação na cristalização do compósito final. Além disso, com base nos resultados obtidos a partir da caracterização térmica, foi conduzido um estudo da cinética de cristalização do semipreg por meio do método isotérmico e não isotérmico. Após o estabelecimento do ciclo de processamento, lâminas de semipreg foram empilhadas na espessura desejada e processadas via técnica de moldagem por compressão a quente. Os compósitos obtidos foram qualificados por inspeção via ultrassom tipo C-scan, e por digestão ácida. Os compósitos também foram avaliados por ensaios mecânicos como: análises dinâmico-mecânica (DMA); resistências ao cisalhamento interlaminar (ILSS), à tração e à excitação por impulso. Os resultados mostram que foi possível realizar o estudo da cinética de cristalização no modo dinâmico, porém o modelo de Avrami não foi adequado para o estudo da cinética no modo isotérmico. Os compósitos reprocessados apresentaram um aumento de 12% na resistência à tração; de 12% no ILSS e de 17% no módulo de elasticidade obtido por excitação por impulso. Tal fato está associado a um possível aumento da cristalinidade da matriz de PA6 no reprocessamento, e consequente, aumento da rigidez do compósito.
Resumo (inglês)
In recent years, there has been a progressive development of lightweight and sustainable applications in the automotive industry. In this context, carbon fiber reinforced polymers (CFRP) have attracted the attention of this industry mainly due to their properties such as superior tensile strength compared to metals, stiffness, and lightness, offering a significant reduction in the final weight of the vehicle and, consequently, reducing CO_2 emissions and increasing fuel economy. This study aims to evaluate the influence of reprocessing parameters on the crystallization and mechanical properties of a CFRP consisting of a polyamide 6 matrix reinforced with twill, 2x2, carbon fiber. Based on the thermal characterization of the semipreg (differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA)), it was possible to define a processing cycle and cooling rates that would ensure a probable variation in the crystallization of the final composite. Additionally, based on the results obtained from the thermal characterization, a study of the semipreg crystallization kinetics was conducted using the Avrami isothermal and non-isothermal methods. After establishing the processing cycle, semipreg sheets were stacked to the desired thickness and processed via hot compression molding technique. The obtained composites were qualified by C-scan ultrasonic inspection and acid digestion. The composites were also evaluated by mechanical tests such as dynamic mechanical analysis (DMA); interlaminar shear strengths (ILSS), tensile test, and pulse excitation. The results show that it was possible to study the crystallization kinetics in dynamic mode, but the Avrami model was not suitable for studying the kinetics in isothermal mode. The reprocessed composites showed a 12% increase in tensile strength; 12% in the ILSS and 17% in the elastic modulus obtained by impulse excitation. This fact is associated with a possible increase in the crystallinity of the PA6 matrix during reprocessing, and consequently, an increase in the stiffness of the composite.
Descrição
Palavras-chave
Poliamidas , Termoplásticos , Polímeros , Materiais compostos , Poliamida 6 , Fibra de carbono , Indústria automotiva , Cinética de cristalização , Caracterização térmica , Caracterização mecânica , Polyamide 6 , Carbon fiber , Automotive industry , Crystallinity kinetics , Thermal characterization , Mechanical characterization
Idioma
Português
Como citar
CASTILHO, André Luiz Guimarães. Avaliação de parâmetros mais adequados à obtenção de compósitos termoplásticos via moldagem por compressão a quente. 2023. 94f. Dissertação (Mestrado em Engenharia em Materiais) - Faculdade de Engenharia e Ciências, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2023.