Efeito da fração do self-healing no comportamento mecânico em compósitos estruturais: abordagem estatística - Chuves, Yuri Pereira [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
A exigência sobre o controle de danos dos materiais aplicados na indústria aeronáutica é requisito para aplicação estrutural, considerando ser imprescindível para prevenção de acidentes aéreos. A aplicação do self-healing em compósitos estruturais visa recuperar as propriedades do material, controlar a propagação de danos e aumentar a vida útil dos componentes. Desta forma, este estudo se propõe a caracterização e predição do comportamento de cisalhamento interlaminar de compósitos poliméricos (fibra de carbono 5HS/epóxi) processados via RTM, com diferentes frações de agente de autorreparo - EMAA (poli(etileno-co-ácido metacrílico)). Além disso, este trabalho visa medir a influência da fração do agente de reparo na resposta do comportamento mecânico. Análises térmicas demonstraram competência de processamento via injeção, contudo a dispersão das partículas pode ser um fator limitante quanto ao volume de agente utilizado. A análise de variância (ANOVA) evidenciou que a fração do autorreparo apresenta maior influência nas propriedades mecânicas do que a dispersão interna para o mesmo laminado antes do ciclo de autorreparo. A distribuição de Weibull evidenciou uma diminuição linear nas tensões de cisalhamento para maiores teores de EMAA, em relação à diminuição da rigidez em resposta ao comportamento dúctil do termoplástico. Efeitos reparadores ineficazes foram observados para o dano translaminar e intralaminar, uma vez que a maioria das partículas se concentraram em cortes interlaminares (entre camadas de tecidos). No entanto, a eficiência de reparo atingiu uma média de 62% para tensão de cisalhamento e 106% para o comportamento do módulo de tenacidade, proporcionado pela redução da espessura das trincas de cisalhamento em até 57% em relação ao tamanho inicial. A abordagem preditiva antes e depois da ação de reparo no comportamento mecânico fornece o nível de recuperação adequado para atender aos requisitos específicos do projeto, economizando tempo e custo de análises experimentais.

The requirement for damage control in the aeronautical industry is essential for structural application, considering preventing aircraft accidents. The self-healing application in structural composites aims to recover component properties, control damage propagation, and increase component life. In this way, this study proposes to characterize and predict the interlaminar shear behavior of polymer composites (5HS carbon fiber/epoxy) with different fractions of self-healing agent - EMAA (poly(ethylene-co-methacrylic acid)) processed by RTM. In addition, this work aims to measure the influence of self-healing content on the mechanical response. Thermal analysis showed the ability to manufacture the laminate by injection; however, the particle dispersion may be a limiting factor regarding the volume of the agent used. The analysis of variance (ANOVA) evidenced that the healing agent fraction influences mechanical properties response more than the internal dispersion for the same laminate (before the healing cycle). Weibull distribution evidenced a linear decrease in shear stresses for higher EMAA content, regarding stiffness decrease as a response to ductile thermoplastic behavior. Ineffective healing effects were observed for the intralaminar damage once most particles were concentrated in interlaminar sections (between fabric layers). However, the healing efficiency reached an average of 62% for shear stress and 106% for modulus of toughness behavior, provided by the thickness reduction of cracks up to 57% concerning the initial size. The predictive approach before and after healing action in the mechanical behavior provides the appropriate self-healing level to meet the specific project requirements, thus saving time and cost of experimental analysis.
Effect of the self-healing fraction on the mechanical behavior of structural composites: statistical analysis approach
Keywords: Autorreparo; Trincas; Superfície de Resposta; Repair; Cracks; ILSS; Response Surface; Materiais compostos; Cisalhamento; Indústria aeronáutica