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Accelerated aging effects on carbon fiber/epoxy composites
(Elsevier, 2017-02-01) Barbosa, Ana Paula Cysne; Fulco, Ana Paula Pereira; Guerra, Érick Stéfano Silveira; Arakaki, Franscisco K.; Tosatto, Marcio; Nascimento, Maria Carolina Burgos Costa do; Melo, José Daniel Diniz
The influence of operational environments on the long-term durability of structural components fabricated with carbon fiber reinforced composites is an ongoing concern. Exposures to ultraviolet radiation, temperature cycles and moisture are known to degrade the polymeric matrix. In this work, carbon-epoxy composites were subjected to accelerated aging in an aging chamber with controlled conditions of temperature, humidity and UV-radiation. Changes within the material are evaluated by Fourier-Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy, Dynamic Mechanical Analysis (DMA), interlaminar shear strength and compressive strength, Scanning Electron Microscopy (SEM), and also in terms of mass variation. Although significant changes in mechanical properties were not observed, the effects of accelerated aging on the composite material were evidenced by mass loss, fiber exposure, chemical alterations, increased crack density in interlaminar shear tests and fiber buckling in fractured specimens after compression testin
Addition of poly (ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA) as self-healing agent to carbon-epoxy composites
(Elsevier, 2020-10) Nascimento, Allana Azevedo do; Fernandez, Fernando; Silva, Fábio S. da; Ferreira, Evans Paiva da Costa; Melo, José Daniel Diniz; Barbosa, Ana Paula Cysne
Among several self-healing approaches to improve the durability of polymer-based materials during service, the addition of thermoplastics to a thermoset matrix has emerged as a promising self-healing alternative. In this study, poly (ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA) was added to the mid-plane of carbon fiber-epoxy composite laminates to produce a self-healing system. Composite plates were manufactured with the addition of 5 wt%, 10 wt% and 15 wt% of EMAA as related to the matrix weight in the prepreg laminate. Interlaminar shear strength (ILSS) tests, dynamic mechanical analysis (DMA), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and field-emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) were employed to evaluate the self-healing effect and composite properties before and after a healing cycle. Storage modulus was found to decrease with increasing content of EMAA in the laminate. Samples with EMAA showed complete recovery of interlaminar shear strength after healing
Adição de poli (etileno-co-ácido-metacrílico) (EMAA) como agente de reparo em compósitos fibra de vidro-epóxi
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-03-30) Pontes, João Felipe Barros; Barbosa, Ana Paula Cysne; https://orcid.org/0000-0002-9510-4851; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; http://lattes.cnpq.br/7589467957183612; Silva, Bruna Louise; https://orcid.org/0000-0001-9756-4846; http://lattes.cnpq.br/4554532180961412; Ferreira, Evans Paiva Da Costa; Freire Júnior, Raimundo Carlos Silverio
Materiais com mecanismo de autorreparo oferecem um grande potencial para novos desenvolvimentos científicos e tecnológicos. Esta é uma área de pesquisa com grandes possibilidades de avanços no campo da ciência e engenharia dos materiais. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo a fabricação e caracterização de um material compósito aditivado por agente de reparo termoplástico. A capacidade de reparar danos e delaminações localizadas foi avaliada para o compósito investigado. Este reparo é ativado via fornecimento de calor, através de uma fonte externa, e promove o aumento da mobilidade do agente termoplástico, poli (etileno-co-ácido-metacrílico) (EMAA). Os corpos de prova foram divididos em 4 grupos de estudo, sendo assim, o total de 20 corpos de prova, atendendo seguintes condições; 0% de EMAA sem dano (C.P de referência), 0% de EMAA com dano, 10% de EMAA com dano, 10% de EMAA com dano e reparado. Esses danos foram realizados nos corpos de prova de maneira controlada, via máquina de impacto por queda livre, sendo assim caracterizado como impacto de baixa velocidade. A Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) permitiu avaliar interações químicas entre a matriz epóxi e o agente de reparo, pós fabricação e ciclo de reparo. A inspeção visual foi utilizada para dimensionar as zonas afetadas com a finalidade de comparar o comportamento dos corpos de prova sob influência da energia de impacto e efeito do EMAA, em relação ao preenchimento das fissuras e delaminações e absorção de energia. Finalmente, o ensaio mecânico de compressão pós impacto (CAI – Compression After Impact) foi realizado para avaliar se houve alteração de propriedades no compósito modificado com o agente de reparo, quando comparado ao material não modificado.
Adição de poli(etileno-co-ácido-metacrílico) (EMAA) como agente de auto-reparo em compósitos carbono-epóxi
(2017-10-16) Nascimento, Allana Azevedo do; Barbosa, Ana Paula Cysne; Melo, José Daniel Diniz; http://lattes.cnpq.br/6572298923055649; https://orcid.org/0000-0002-9510-4851; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; http://lattes.cnpq.br/7970909407737900; Ferreira, Evans Paiva da Costa; http://lattes.cnpq.br/6994798590609919; Cioffi, Maria Odila Hilário; http://lattes.cnpq.br/6119671014416126; https://orcid.org/0000-0002-4155-4769
As técnicas de auto-reparo em resinas epóxi vêm sendo desenvolvidas buscando aumentar a vida útil e reduzir os custos associados à manutenção desses materiais durante o serviço. A adição de termoplásticos à matriz termofixa produzindo resinas reparáveis aparece como técnica de reparo promissora. Neste trabalho, o termoplástico poli (etileno-co-ácido-metacrílico) (EMAA) foi adicionado no plano médio de laminados compósitos carbono-epóxi para fabricação de um sistema de reparo. Foram fabricadas placas com 5%, 10% e 15% de EMAA em massa de resina do prepreg. Ensaios de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), análise dinâmico mecânica (DMA), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de varredura com fonte de emissão de campo (MEV-FEG) foram conduzidos para avaliar o efeito da adição desse termoplástico ao compósito e seu comportamento antes e após o reparo. As amostras reparadas não apresentaram aumento na resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS) após o reparo. Entretanto, para maiores porcentagens de EMAA, houve redução dessa propriedade, além de redução de módulo de elasticidade e da temperatura de transição vítrea (Tg), em relação aos valores apresentados pelo compósito puro. Imagens de MEV confirmaram a forte adesão entre o EMAA e a resina epóxi, formando uma camada adesiva que impediu a formação de delaminações no plano médio do laminado.
Análise de degradação do compósito de resina epóxi e fibra de vidro via envelhecimento natural
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-12-08) Paula, Anderson Damasceno de; Barbosa, Ana Paula Cysne; https://orcid.org/0009-0007-9338-4566; http://lattes.cnpq.br/5608473591819237; Ferreira, Evans Paiva da Costa; Paskocimas, Carlos Alberto
O presente trabalho analisa a influência das condições climáticas na degradação de compósitos fabricados a partir de pré-impregnados (prepregs) de epóxi e fibra de vidro, focando no contexto climático do Nordeste do Brasil. Umidade e radiação ultravioleta (UV) são agentes degradantes conhecidos para compósitos de matriz polimérica. A exposição prolongada combinada a ambos os agentes potencializa a degradação de materiais compósitos poliméricos pelos mecanismos envolvendo a formação de trincas, a redução da adesão entre matriz e reforço e a modificação de propriedades térmicas e mecânicas, além de alterações químicas do material. A fim de avaliar o grau de degradação dos materiais em questão sob condições de exposição direta e natural de luz solar, atmosfera e chuvas, este estudo aplicou um processo de envelhecimento ao longo de 744 horas. Foram investigadas três amostras não envelhecidas e três amostras envelhecidas para comparar mudanças físicas, químicas e morfológicas por meio de análise dinâmico-mecânica (DMA), análise espectroscópica (FTIRs) e investigação em microscópio eletrônico de varredura (MEV). Os resultados das análises nas amostras envelhecidas revelaram mudanças visuais de amarelamento as quais indicaram a presença de degradação. As imagens em MEV mostraram microtrincas na matriz e descolamento na interface, causadas pela exposição à umidade e radiação UV. Os espectros FTIR sugerem assinaturas químicas da degradação, com indicação de formação de grupos funcionais como amida. Resultados de DMA sugerem um pequeno aumento na temperatura de transição vítrea (Tg) e do pico de tan δ das amostras envelhecidas, possivelmente devido ao aumento da reticulação da resina epóxi.
Análise do comportamento sobre impacto de compósitos de fibra de vidro-epóxi aditivados com agente de reparo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-12-10) Silva Júnior, Francisco de Assis da; Freire Júnior, Raimundo Carlos Silvério; Barbosa, Ana Paula Cysne; https://orcid.org/0000-0002-9510-4851; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; https://orcid.org/0000-0003-0920-7916; http://lattes.cnpq.br/1042806990155996; Cioffi, Maria Odila Hilário
Os compósitos poliméricos de vidro-epóxi são amplamente reconhecidos por sua versatilidade, principalmente devido às suas propriedades mecânicas finais. Contudo, quando expostos a cargas, condições de serviço e fatores ambientais, podem desenvolver microtrincas que afetam essas propriedades. A literatura sugere que a adição de um termoplástico de autorreparo ativado termicamente, como o ácido poli-etileno-co-metacrílico (EMAA), pode ajudar a prolongar a vida útil desses laminados. É ponderável avaliar a substituição de materiais compósitos de fibra de vidro-epóxi com matriz termorrígida convencional pelo compósito com autorreparo, especialmente em condições nas quais ele apresenta desempenho prático superior. A influência do EMAA em laminados de prepreg vidro-epóxi foi analisada neste trabalho, investigando a resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), a propagação de danos sob impacto de baixa velocidade (tipo queda de peso) e ILSS após impacto, comparando as propriedades mecânicas à 0 e 10% do agente de autorreparo. Os testes foram realizados conforme as normas ASTM D 2344M (2022) e ISO 14130 (1997) para ILSS e ASTM D 7136 (2020) para impacto de queda de peso. Os resultados experimentais indicaram que a resistência ao cisalhamento interlaminar das amostras com o autorreparo permaneceu praticamente inalterada, apresentando uma redução de apenas 3,6%, com uma resistência de (26,57 ± 0,37) MPa. Em relação aos dados do dano imposto, as amostras sem EMAA apresentaram uma significativa degradação das propriedades mecânicas, com uma redução de 52,4% na resistência ao cisalhamento após 20 impactos, além de uma considerável propagação do dano, atingindo uma área de delaminação de 1.495 mm². Em contrapartida, as amostras com o agente de autorreparo mantiveram melhor desempenho, com uma redução de apenas 26,2% na resistência ao cisalhamento, mesmo após múltiplos ciclos de impacto. A área de delaminação foi drasticamente menor, com valores de 309 mm² após o reparo. As análises de normalização da resistência residual evidenciaram que as amostras reparadas com EMAA mantiveram cerca de 77% da resistência original, enquanto as amostras sem o agente apresentaram uma degradação acentuada. Esses resultados confirmam que o EMAA mostrou-se eficaz em limitar a propagação do dano e restaurar parte das propriedades mecânicas dos laminados de fibra de vidro.
Avaliação de peças de Poli(ácido lático) (PLA) impressas para aplicações biomédicas
(2018-10-30) Medeiros, Camila Beatriz Souza de; Barbosa, Ana Paula Cysne; ; ; Wanderley, Caroline Dantas Vilar; ; Melo, José Daniel Diniz; ; Carvalho, Laura Hecker de;
O poli (ácido lático) (PLA) tem propriedades atrativas para o uso na área biomédica devido à sua biocompatibilidade. O PLA é biodegradável, já que é capaz de ser desintegrado por agentes biológicos, sendo também bioreabsorvível, já que o produto da sua degradação participa do processo metabólico do organismo humano. Dentre as técnicas de fabricação de peças de PLA para aplicações biomédicas, a impressão 3D destaca-se como promissora, principalmente devido à possibilidade de produção de peças personalizadas e individualizadas, além de produção por prototipagem com alto nível de detalhamento. Entretanto, mais estudos envolvendo a alteração de propriedades do material quando em contato com meio biológico ainda são necessários para avaliar a aplicação de peças em dispositivos implantáveis. Este trabalho teve por objetivo avaliar alterações de propriedades de peças de PLA fabricadas através de impressão 3D quando imersas em solução fosfato salina pelos períodos de 7, 14 e 30 dias. As amostras foram avaliadas com relação à alteração de massa, alterações químicas (espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier – FTIR), alterações em propriedades dinâmico-mecânicas (análise dinâmico mecânica – DMA), ensaios mecânicos em flexão em 3 pontos e de fadiga. Os resultados mostraram alteração de massa para valores superiores após imersas por 7 dias e inferiores para as amostras imersas por 14 e 30 dias. Os resultados sugerem algumas alterações químicas e alterações de temperatura de transição vítrea. Além disto, dentre as caracterizações realizadas, a de maior relevância foi o ensaio de fadiga, o qual o material apresentou redução média a vida em fadiga de 56,5% e 77% das amostras em submersas em solução fosfato salina quando comparado ao material não submerso.
Efeito do envelhecimento acelerado em compósitos utilizados para recuperação de dutos na indústria petrolífera
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-09-10) Rocha, Mirella Lopes da; Barbosa, Ana Paula Cysne; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; http://lattes.cnpq.br/5320043938221082; Ferreira, Evans Paiva da Costa; http://lattes.cnpq.br/6994798590609919; Melo, José Daniel Diniz; http://lattes.cnpq.br/6572298923055649; Carvalho, Laura Hecker de; http://lattes.cnpq.br/6358009621640820; Rezende, Mirabel Cerqueira; http://lattes.cnpq.br/3744737176516322
Oleodutos são estruturas utilizadas em larga escala na indústria petrolífera para o transporte de fluidos, e estes, por sua vez, são corrosivos e provocam danos no duto. Além da corrosão, podem existir falhas de projeto de instalação ou fabricação. Devido aos defeitos, desgaste de oleodutos e ao elevado custo para a implementação de uma dutovia, o reparo com material compósito reforçado com fibras de vidro se torna uma alternativa viável, pois esses materiais apresentam elevada resistência química e desempenho térmico e mecânico. Entretanto, estudos sobre o efeito do envelhecimento desses reparos ainda são necessários para uma maior confiabilidade do seu uso na indústria petrolífera. Portanto, o objetivo deste trabalho é avaliar o efeito do envelhecimento acelerado em compósito utilizado no reparo de dutos, quando submetido a condições de envelhecimento acelerado em dois tipos de ambientes: ambiente com água salina e ambiente com radiação ultravioleta e umidade, por dois, quatro e seis meses. Os ensaios realizados para avaliar o material foram: variação de massa, microscopia eletrônica de varredura (MEV), análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), ensaio de permeabilidade, lap shear. Os resultados mostram que ocorreram mudanças químicas no material após o envelhecimento, bem como alterações na massa, exposição da fibra, aumento na temperatura de transição vítrea, aumento na permeabilidade e descolamento mais pronunciado de compósito/metal após os testes de cisalhamento, em comparação com o material não envelhecido. Em geral, os ciclos de UV e condensação de água foram considerados mais prejudiciais ao material do que o envelhecimento em água salgada, para o mesmo período de exposição.
Efeito do processamento de epóxi com adição de agente de reparo termoplástico
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2018-06) Borges, Natália Praxedes de Freitas; Barbosa, Ana Paula Cysne; Ferreira, Evans Paiva Da Costa; Moriyama, André Luis Lopes
Materiais autorreparaveis vem sendo estudados como alternativa para reparação de materiais compósitos danificados. A adição de partículas de termoplástico a uma matriz termofixa é uma das abordagens utilizadas na literatura para o autorreparo, onde o material termoplástico é capaz de fluir e preencher as trincas dentro da matriz e recuperar parcialmente o material danificado. Uma das dificuldades encontradas na produção de materiais com agentes de autorreparo é a homogeneização da distribuição das partículas de termoplástico na amostra. No presente estudo, o efeito da variação de um parâmetro de processamento (tempo de mistura dos componentes da resina quando da adição do material termoplástico) foi avaliado. Análises dinâmico-mecânicas (DMA) foram realizadas para observar possíveis mudanças nas propriedades do material com a variação do parâmetro de processamento. A espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) foi utilizada para observar os efeitos na estrutura química do material e a microscopia ótica foi utilizada para observar a dispersão das partículas do termoplástico na matriz nos diferentes tempos de adição de termoplástico. Resultados mostram uma melhora na dispersão das partículas com o aumento do tempo de mistura, sem haver mudanças na temperatura de transição vítrea (Tg), mas com algumas alterações no espectro do FTIR.
Efeitos do envelhecimento acelerado e de agente de autorreparo em um compósito de fibra de vidro – epóxi aplicado como reparo de dutos da Indústria petrolífera
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-12-07) Veloso, Taynnara Mendes; Barbosa, Ana Paula Cysne; http://lattes.cnpq.br/2076286476400453; Campos Júnior, José Ribamar; Ferreira, Evans Paiva da Costa; Nascimento, Maria Carolina Burgos Costa do
A indústria petrolífera mundial emprega em todos os setores de processo, desde a fase de exploração da reserva até a distribuição do produto refinado, dutos metálicos para transportar fluidos, os quais, por serem de caráter corrosivo, causam danos internos à estrutura metálica. Outrossim, o ambiente ao qual os oleodutos e gasodutos são sujeitos os danificam externamente. Como recurso para prolongar a vida útil mediante as condições expostas, os materiais compósitos têm sido utilizados como reparo de dutos de petróleo e gás natural desde a década de 90, em razão de apresentarem elevada resistência química e desempenho térmico e mecânico. No entanto, estudos sobre os efeitos do envelhecimento desses reparos são escassos, outrora fundamentais para a aplicação dos mesmos. Ademais, a utilização de materiais capazes de se autorreparar é outra alternativa promissora na busca do aumento da vida útil, unido à redução de custos associados à manutenção desses reparos durante o serviço. Portanto, o objetivo deste trabalho é avaliar os efeitos do envelhecimento acelerado em um compósito de fibra de vidro com matriz polimérica epóxi, aplicado como reparo de dutos petrolíferos, com e sem potenciais agentes de autorreparo, sujeito a imersão em água salina por 7 dias. O agente de autorreparo inserido no compósito deste trabalho é o poli(etileno-co-ácido-metacrílico) (EMAA), o qual foi adicionado em concentração de 3% em massa. Os ensaios conduzidos para estudar os efeitos do envelhecimento e da adição do agente de autorreparo foram: variação de massa, microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e ensaio de permeabilidade.
Efeitos do envelhecimento natural em compósitos carbono-epóxi
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2019-05-16) Lira, Margareth Nascimento de; Barbosa, Ana Paula Cysne; Ferreira, Evans Paiva da Costa; Nascimento, Maria Carolina Burgos Costa do
O envelhecimento de compósitos poliméricos envolve processos físicos e/ou químicos que são produzidos pela interação entre o material e o ambiente. Em nível molecular, tais fenômenos podem provocar alterações na estrutura química, na composição ou na estrutura física. Em nível macroscópico, essas mudanças podem alterar a geometria ou as propriedades físicas. Neste trabalho, compósitos de carbono-epóxi sofreram envelhecimento natural por um período de 90 dias. Os ensaios de análise dinâmico-mecânica (DMA), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram realizados para avaliar os efeitos físicos e químicos do envelhecimento no compósito. As amostras envelhecidas apresentaram redução na resistência ao cisalhamento interlaminar, ganho de massa, diminuição da Tg, exposição de fibras e mudança nos espectros de FTIR. Tais alterações sugerem efeitos degradativos advindos do ensaio de envelhecimento.
Estudo comparativo de pás para aerogeradores de grande porte fabricadas em materiais compósitos reforçadas com fibra de carbono ou fibra de vidro
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2013-12-30) Campos, Maxdavid Oliveira; Melo, José Daniel Diniz; ; http://lattes.cnpq.br/6572298923055649; ; http://lattes.cnpq.br/2609068397669476; Barbosa, Ana Paula Cysne; ; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; Souza, Sandi Itamar Schafer de; ; http://lattes.cnpq.br/7400466085627528; Cimini Júnior, Carlos Alberto; ; http://lattes.cnpq.br/6773795080923981
A pesquisa e desenvolvimento de pás de aerogeradores são fundamentais para acompanhar o crescimento no setor de energias renováveis em todo mundo. Apesar das pás atualmente serem produzidas tipicamente com materiais compósitos reforçados com fibras de vidro, a tendência de aumento no tamanho das pás, especialmente no setor offshore, cresce também o interesse por materiais compósitos reforçados com fibras de carbono, devido às suas propriedades, como elevado módulo de elasticidade combinado com baixa densidade. Nesse trabalho um modelo de pá desenvolvido para geradores de grande porte (5 MW) foi estudado em escala reduzida. Foram realizados estudos numéricos empregando técnicas de Computational Fluid Dynamics (CFD) para determinar o carregamento aerodinâmico na pá. Foram projetadas e fabricadas duas pás com materiais compósitos de matriz epóxi, sendo uma pá com reforço de fibras de vidro e outra com fibras de carbono. Para os cálculos estruturais, foi adotado o critério de falha por tensão máxima. As pás foram fabricadas pelo processo de Vacuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM), típico para este tipo de componente. Uma comparação do peso das duas pás foi realizada, e a pá de fibra de carbono apresentou 45% do peso da pá de fibra de vidro. Ensaios estáticos de flexão foram realizados nas pás para vários percentuais do carregamento de projeto e as deflexões medidas foram comparadas com os valores obtidos nas simulações numéricas por elementos finitos. Uma boa concordância foi observada entre os valores de deflexão medidos e calculados. Em resumo, os resultados obtidos neste trabalho confirmam que a baixa densidade combinada com elevadas propriedades mecânicas das fibras de carbono são atrativas para a produção de pás de aerogeradores de grande porte
Estudo da adição do termoplástico poli (etileno-co-metil acrilato-co-glicidil metacrilato) (E-MA-GMA) como agente de reparo em compósitos fibra de vidro-epóxi
(2018-10-24) Silva, Lilian Maiara Morais e; Barbosa, Ana Paula Cysne; Melo, José Daniel Diniz; ; ; ; Ferreira, Evans Paiva da Costa; ; Cioffi, Maria Odila Hilário;
Um problema de compósitos de matriz epóxi é a propensão destes à nucleação de microtrincas, o que pode provocar falhas catastróficas durante o uso ou a diminuição da vida útil dos componentes. Uma alternativa para contornar o problema é a utilização de materiais com mecanismo de auto-reparo, onde as microtrincas formadas são reparadas, retardando a propagação com falha catastrófica e reduzindo custos de manutenção. Um dos mecanismos sugerido na literatura para a realização de autoreparo de microtrincas envolve a adição de partículas de termoplásticos à matriz epóxi. Este trabalho teve como objetivo analisar o efeito da adição do termoplástico poli (etileno-co-metil acrilato-co-glicidil metacrilato) (E-MA-GMA) como agente de reparo em um compósito fibra de vidro-epóxi. Os compósitos com e sem o agente de reparo foram caracterizados pelas análises de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise dinâmico-mecânica (DMA). Resultados de ILSS após o reparo mostraram que as amostras tiveram rigidez e resistência reduzidas, quando comparadas ao estado antes do ciclo de reparo. Entretanto, menores tendências de redução na resistência foram observadas com a inserção do agente de reparo entre todas as lâminas do compósito. Imagens de MEV mostraram que o E-MA-GMA funcionou como um agente adesivo, impedindo a formação de delaminações no plano médio do laminado, o que mostra seu potencial como agente de reparo em compósitos fibra de vidro-epóxi.
Estudo da influência da energia superficial de substratos automotivos na adesão de colas e adesivos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2019-12-06) Cortez, Raphaela Wanderley de Macêdo; Barbosa, Ana Paula Cysne
O estudo foi realizado em duas partes com dois substratos diferentes: placas de polipropileno tratadas com plasma e placas de aço pintadas. Na primeira parte, o tema abordado surge como uma alternativa para um dos grandes problemas ambientais causado pela indústria automobilística, a emissão de CO2. Visto que 75% do consumo de combustível do veículo está diretamente relacionado à massa do mesmo, este estudo visa a redução dessa massa a partir da utilização de colagem multimateriais, isto é, um tipo de montagem que propõe a junção de materiais mais leves. A segunda parte está relacionada a um problema de aderência existente durante o processo de montagem dos veículos Renault. Foram feitos estudos sobre os conceitos de adesão, aderência e coesão, energia superficial, técnicas de colagem, preparação de superfície, tratamentos químicos superficiais, tipos de solicitação mecânica, revestimentos, análises químicas e outros conceitos que serão abordados ao longo deste trabalho. Inicialmente, foram utilizados como substrato placas de polipropileno sob o tratamento plasma e na segunda parte, foram analisadas placas de aço revestidas com diferentes tintas e vernizes. Para os dois substratos de naturezas químicas diferentes utilizou-se uma cola de poliuretano PU como agente adesivo. O tratamento com plasma demonstrou aumentar significativamente a energia superficial do polipropileno adicionando elementos polares e, assim, influenciando positivamente a adesão do adesivo aos substratos. No que diz respeito ao aço, os vernizes 1K e 2K aplicados à superfície das placas apresentaram resultados divergentes em relação à energia superficial e suas composições químicas. O verniz 1K, devido à sua forma de reticulação, mostrou uma melhor influência na energia superficial do substrato em comparação com 2K.
Fatigue behavior of self-healing glass fiber/epoxy composites with addition of poly (ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA)
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-10-28) Nascimento, Allana Azevedo do; Barbosa, Ana Paula Cysne; Melo, José Daniel Diniz; http://lattes.cnpq.br/6572298923055649; https://orcid.org/0000-0002-9510-4851; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; http://lattes.cnpq.br/7970909407737900; Portella, Pedro Dolabella; Freire Júnior, Raimundo Carlos Silverio; Pezzin, Sérgio Henrique
O interesse em tecnologias de reparo para compósitos poliméricos tem crescido significativamente nas últimas décadas, devido ao aumento do uso desses materiais em aplicações estruturais. Nesse estudo, poli (etileno-coácido metacrílico) (EMAA) foi utilizado como agente de auto-reparo em compósitos fibra de vidro/epóxi. Resultados preliminares mostraram que, para EMAA como agente de reparo, a concentração de partícula tem maior efeito sobre propriedades de resina pura do que tamanho de partícula. Compósitos reforçados com fibra de vidro com concentração de EMAA de 2 wt.% e 5 wt.% foram fabricados utilizando Infusão de resina (RTM - Resin Transfer Molding) e os efeitos do agente de reparo nas propriedades dos compósitos foram investigados por ensaio de tração estático, ensaio de fadiga e Análise Dinâmico Mecânica (DMA). Resultados mostram pequena variação de propriedades, que foram mais pronunciadas conforme o aumento da concentração de EMAA. A eficiência de reparo também foi investigada através de ensaios de fadiga e a adição de maior concentração de EMAA aumentou o número de ciclos para falha após o ciclo de reparo. Ademais, resultados sugerem que EMAA é um agente de reparo mais eficiente quando ativado em estágio inicial de danos.
Influence of synthesis parameters on properties and characteristics of poly (urea-formaldehyde) microcapsules for self-healing applications
(Taylor and Francis, 2017-07-05) Nascimento, Maria Carolina Burgos Costa do; Carvalho, Ana Cláudia Medeiros de; Ferreira, Evans Paiva da Costa; Delmonte, Maurício Roberto Bomio; Melo, José Daniel Diniz; Barbosa, Ana Paula Cysne
Poly(urea-formaldehyde) (PUF) microcapsules filled with dicyclopentadiene (DCPD) were prepared by in situ polymerisation and the effect of synthesis parameters, such as pH of the solution and agitation rate, on microcapsules size and shell thickness was evaluated. Scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infra-red spectroscopy (FTIR) were performed. Adjusted pH conditions (pH 1⁄4 3.5) and agitation rate (1350 RPM) were found using a design of experiments (DOE). SEM results indicated that microcapsule size was directly affected by agitation rate, whereas shell thickness was mostly affected by pH. After obtaining adjusted synthesis conditions, microcapsules presenting mean size of 60 mm and mean shell thickness of 4 mm were embedded in an epoxy matrix for evaluating the self-healing effect. FTIR and SEM analyses in damaged samples suggested that a healing agent was delivered to the crack location
Influência da sequência de empilhamento nas propriedades mecânicas de laminados compósitos submetidos à tração
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2014-07-21) Fernandes, Pedro Lucas Serafim; Melo, José Daniel Diniz; ; http://lattes.cnpq.br/6572298923055649; ; http://lattes.cnpq.br/5763811396579790; Nascimento, Maria Carolina Burgos Costa do; ; http://lattes.cnpq.br/4409025248163428; Barbosa, Ana Paula Cysne; ; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; Oliveira, Richard Sarzi;
Laminados formados por lâminas com diferentes orientações, finamente dispersas, são classificados como homogeneizados. Os benefícios esperados da homogeneização incluem aumento de resistência mecânica, da tenacidade e da resistência à delaminação. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da sequência de empilhamento na resistência à tração de laminados quase-isotrópicos. Placas de compósitos foram fabricadas com lâminas unidirecionais de epóxi/carbono com configurações [903/303/-303]S e [90/30/-30]3S. Corpos de prova foram submetidos a ensaios de tração e de open hole tension (OHT). De acordo com os resultados experimentais, os valores médios de resistência para os laminados mais homogeneizados [90/30/-30]3S foram incrementados em 140% e 120% nos ensaios de resistência à tração e OHT, respectivamente, em relação aos laminados com configuração [903/303/-303]S. O aumento de resistência à tração para laminados mais homogeneizados foi relacionado com o maior número de interfaces interlaminares, que aumenta a quantidade de energia necessária para produzir delaminação, e a maior dificuldade de propagação de trincas através de lâminas com orientações diferentes. A resistência medida nos ensaios de OHT não foi afetada pela presença do furo devido à predominância da influência da tensão de cisalhamento interlaminar em relação ao efeito de concentração de tensão provocado pelo furo
Influência dos parâmetros de síntese nas características morfológicas de microcápsulas de poli(ureia-formaldeído) para uso em sistemas de autorreparo
(2017-12-13) Carvalho, Ana Cláudia Medeiros de; Nascimento, Maria Carolina Burgos Costa do; Melo, José Daniel Diniz; ; ; ; Barbosa, Ana Paula Cysne; ; Ferreira, Evans Paiva da Costa; ; Santos, Amélia Severino Ferreira e; ; Barbosa, Josiane Dantas Viana;
Materiais autorreparáveis apresentam a habilidade de restaurar possíveis danos produzidos durante sua aplicação, retomando suas propriedades iniciais após o reparo. A utilização de microcápsulas de ureia-formaldeído vem sendo estudada para promover essa funcionalidade em polímeros e compósitos de matriz polimérica. Essas microcápsulas, preenchidas com um líquido de reparo, devem ser fortes o suficiente para permanecerem intactas durante o processamento do material (polímero ou matriz polimérica de um material compósito) onde elas serão introduzidas, e devem romper facilmente liberando o líquido, quando houver dano. A partir dos parâmetros de sínteses utilizados na produção das microcápsulas é possível modificar suas propriedades, tais como: tamanho, espessura da parede, modificar rugosidade, aumentar resistência das paredes entre outros fatores. Além disso, investigar a influência dos parâmetros de síntese pode ajudar na produção de microcápsulas com características e tamanhos uniformizado, sendo um atrativo para sua produção em larga escala. Neste trabalho, parâmetros de síntese de microcápsulas de poli(ureia-formaldeído) foram avaliados, e um planejamento fatorial 22 com três pontos centrais foi montado com o objetivo de analisar a influência do pH e da taxa de agitação no tamanho médio e na espessura média das paredes das microcápsulas. Foi possível constatar que o tamanho das microcápsulas é influenciado pela agitação e que o pH exerce influência na espessura das paredes da casca. A partir dos resultados do planejamento experimental realizado, microcápsulas com diversos materiais de preenchimento tais como, óleos vegetais (óleo de soja, linhaça, coco e azeite de oliva), endodiciclopentadieno (DCPD) e 5-etilideno 2-norboneno (ENB) foram sintetizadas, apresentando as mesmas características morfológicas e de tamanho, apesar dos diferentes materiais de preenchimento. As microcápsulas sintetizadas foram caracterizadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Microcápsulas preenchidas com óleo de soja, óleo de linhaça e endo-DCPD, foram usadas em sistemas epóxi de revestimento ativado com habilidade de autorreparo, visando retardar a corrosão de placas metálicas, os óleos foram escolhidos em substituição ao endoDCPD devido à sua alta toxidade e forte odor. Placas com cápsulas preenchidas com óleos apresentaram excelentes resultados anticorrosivos, tendo como destaque o sistema contendo cápsulas preenchidas com óleo de soja, por ser, além de não tóxica, uma alternativa econômica aos outros materiais testados. Microcápsulas preenchidas com endo-DCPD foram utilizadas em testes de indentação para avaliação da eficiência de autorreparo, porém este teste não gerou trincas nos corpos de prova. Assim, o comportamento das microcápsulas obtidas nas condições ajustadas do planejamento fatorial, foi analisado em amostras de epóxi, por meio de testes onde as trincas foram produzidas utilizando uma lâmina, tendo sido comprovada a ruptura das microcápsulas como consequência da propagação da trinca. Microcápsulas com espessura de parede e tamanho adequados para sua utilização no sistema de autorreparo proposto foram obtidas, além disso, há indícios de autorreparo em algumas regiões da trinca, no entanto, é necessário um estudo de desaglomeração e dispersão das microcápsulas para aumentar a eficiência de reparo, além de um acréscimo na quantidade de catalisador à matriz de epóxi, para que o efeito de autorreparo em corpos de prova de polímeros ou materiais compósitos poliméricos seja melhor observado.
Investigação da capacidade de autorreparo de agente termoplástico em compósito carbono-epóxi
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-05-22) Duarte, Isabella Donadello; Barbosa, Ana Paula Cysne; https://orcid.org/0000-0002-9510-4851; http://lattes.cnpq.br/3718650566004689; http://lattes.cnpq.br/5599428662370639; Melo, José Daniel Diniz; http://lattes.cnpq.br/6572298923055649; Shiino, Marcos Yakuta; Silva, Bruna Louise
Houve um crescimento exponencial nos últimos anos de compósitos de matriz polimérica (CMPs) em aplicações de alto desempenho devido a propriedades como alta rigidez, resistência mecânica e baixo peso. Quando em serviço, CMPs estão suscetíveis principalmente a danos mecânicos interlaminares e provenientes da exposição ambiental, levando a alterações de propriedades muitas vezes irreversíveis e o consequente descarte de seus componentes. Os processos de reparo já existentes desses componentes possuem alto custo e demandam tempo, por essa razão surgem estudos alternativos, como o de materiais autorreparáveis, que devem recuperar trincas microscópicas presentes no material antes de uma falha catastrófica. O objetivo deste estudo é investigar a adição de poli (etileno co ácido-acrílico) (EAA) como possível agente de reparo em compósitos de carbono/epóxi, com dano introduzido por cisalhamento interlaminar (ILSS). O laminado compósito foi manufaturado a partir de préimpregnados de carbono-epóxi com adição de agente de reparo no plano médio. Placas com 10% em massa de pó de EAA e sem o termoplástico foram comparadas. Técnicas de caracterização térmica e mecânica foram empregadas antes e após o ciclo de reparo para avaliar a capacidade de autorreparo do sistema, como: Análise termogravimétrica (TGA), calorimetria de varredura diferencial (DSC), resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), análise mecânica dinâmica (DMA), espectroscopia de infravermelho de transformada de Fourier (FTIR), e microscopia eletrônica de varredura. Resultados de TGA, DSC e DMA comprovaram a estabilidade térmica do termoplástico nas temperaturas de trabalho, alterações pouco significativas na temperatura de transição vítrea (Tg) e na rigidez do compósito com a adição do agente de reparo. O compósito modificado apresentou também uma recuperação 8% superior da propriedade de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS) quando comparado ao compósito sem agente de reparo. Espectros de FTIR trouxeram indícios de interações químicas positivas entre resina epóxi e EAA. Imagens obtidas com ensaio de MEV mostraram boa adesão superficial entre termoplástico e resina epóxi, com formação preferencial de trincas em planos sem termoplástico, plastificação do plano médio com adição de termoplástico e diferentes mecanismos de reparo atuantes no compósito.
Investigação dos efeitos do envelhecimento em compósitos com danos por impacto
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-12-07) Damasceno, Maria Aparecida Pereira; Barbosa, Ana Paula Cysne; https://wwws.cnpq.br/cvlattesweb/PKG_MENU.menu?f_cod=E7DC437F04B1FCBE316DDA5C8BD3CB9A#; Freire Junior, Raimundo Carlos Silverio; Leite, Amanda Melissa Damião
A constante busca por materiais que satisfazem os avanços tecnológicos tem se tornado maior com o passar dos anos. Materiais compósitos têm sido usados em diversas áreas, unindo as atrativas propriedades mecânicas e a baixa densidade dos componentes constituintes, se tornando uma possibilidade para substituição de materiais mais tradicionais como por exemplo, materiais metálicos. Entretanto, materiais compósitos podem sofrer degradação através da exposição a agentes ambientais, com consequente alteração de propriedades. Dessa forma, torna-se importante conhecer a extensão dos efeitos do envelhecimento no material. Este presente trabalho busca avaliar as condições apresentadas por compósitos fibra de vidro-epóxi após envelhecimento ambiental, submetidos a ensaios de impacto para comparar os resultados com amostras não envelhecidas. Os corpos de prova foram produzidos a partir do uso de pré-impregnados fibra de vidro-epóxi em prensa a quente e foram cortados com jato d’água de acordo com o tamanho prescrito na norma ASTM D7136 para ensaios de impacto. Metade das amostras foram submetidas ao envelhecimento durante 30 dias e a outra metade reservadas no dessecador. Todas as amostras foram submetidas ao ensaio de impacto para comparação de resultados, analisadas no microscópio eletrônico de varredura (MEV) e na Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR). Foi realizada uma avaliação visual nas amostras após o ensaio de impacto, a fim de analisar a influência do envelhecimento relacionada com a energia de impacto e a área afetada. A espectroscopia permitiu avaliar possíveis alterações químicas da matriz epóxi com o reforço de fibra de vidro. Alterações morfológicas, incluindo defeitos acentuados pelo envelhecimento, também foram investigadas a partir das análises do MEV. Observou-se que o envelhecimento ambiental pode afetar o desempenho de materiais compósitos, principalmente se tratando de aplicações que sofrem danos por impacto.

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