Obtenção e caracterização de compósitos de epóxi/mantas de poli(éter imida)/fibras de carbono para aplicações aeroespaciais e de defesa

Abstract

Atualmente, os compósitos estruturais tenacificados vem sendo amplamente estudados e desenvolvidos, por apresentarem uma alternativa para a melhoria das propriedades mecânicas dos compósitos convencionais, uma vez que quando constituídos de resina epóxi e fibras de carbono apresentam como principal desvantagem a baixa tenacidade. A partir do processo de eletrofiação é possível obter fibras com diâmetros em escala micrométrica até nanométrica com excelentes propriedades mecânicas, térmicas e elétricas, que dependendo da natureza do material utilizado podem ser consideradas como elemento tenacificador para estes compósitos. O poli (éter imida) (PEI), por apresentar propriedades como baixa viscosidade, boa estabilidade térmica, excelentes propriedades mecânicas, elétricas e boa processabilidade, pode ser facilmente empregado como manta obtida pelo processo de eletrofiação via solução polimérica, possuindo grande aplicação na indústria, principalmente no setor aeroespacial. Desse modo, o objetivo principal deste projeto é processar e caracterizar compósitos tenacificados formados por fibras de carbono, resina epóxi e mantas de poli (éter imida). Assim, variando os parâmetros de processo, foi possível obter uma manta com fibras de diâmetro médio de aproximadamente (0,893 ± 0,252) μm e uma morfologia com pouca presença de defeitos. O compósito estrutural tenacificado apresentou uma temperatura de transição vítrea (Tg) na faixa de 87,1 a 114,5 °C, um módulo de armazenamento de 4,85 GPa e um módulo elástico de 45,78 ± 3,78 GPa, na qual conclui-se que a inclusão de camadas de mantas de PEI no pré-impregnado de fibras de carbono e resina epóxi diminuíram a rigidez e aumentaram a tenacidade do compósito em questão.

Currently, tenacified structural composites have been widely studied and developed, as they present an alternative for improving the mechanical properties of conventional composites, since when composed of epoxy resin and carbon fibers they present as a main disadvantage the low tenacity. From the electrowinning process it is possible to obtain fibers with diameters in micrometric to nanometric scale with excellent mechanical, thermal and electrical properties, which depending on the nature of the material used can be considered as a toughening element for these composites. The poly (ether imide) (PEI), by presenting properties such as low viscosity, good thermal stability, excellent mechanical and electrical properties and good processability, can be easily used as a blanket obtained by the process of electro spinning through polymeric solution, having great application in the industry, especially in the aerospace sector. Thus, the main objective of this project is to process and characterize tenacified composites formed by carbon fibers, epoxy resin and poly (ether imide) blankets. Thus, by varying the process parameters, it was possible to obtain a blanket with fibers with an average diameter of approximately (0.893 ± 0.252) μm and a morphology with little presence of defects. The tenacified structural composite showed a glass transition temperature (Tg) in the range of 87.1 to 114.5 °C, a storage modulus of 4.85 GPa and an elastic modulus of 45.78 ± 3.78 GPa, in which it is concluded that the inclusion of PEI blanket layers in the carbon fiber and epoxy resin prepreg decreased the stiffness and increased the toughness of the composite in question.