Caracterizao mecnicade Compsito Polimrico reforado com fibrade basaltoLeonete Cristina de Arajo FerreiraUNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTECENTRO DE TECNOLOGIAPROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA MEC3124 - COMPOSITOS POLIMRICOS - FABRICAO, PROPRIEDADES E MECANISMO DE DANOProf. Dr. Eve Maria Freire de Aquino

NATAL - RNDEZEMBRO/2011

ResumoEsto surgindo novas perspectivas para aplicaesde fibrade basalto, devido ao custobaixo deste material, aliado ao seu bom desempenhomecnico,em particular altas temperaturas;

O emprego dessas fibras como reforo em compsitos de matriz polimrica recente e ainda noforam suficientementeinvestigadas;

O objetivo principal deste trabalho avaliara possibilidade de substituiras fibras de vidro, na maioriade suas aplicaes. Para isso, foram realizados ensaios mecnicos para comparar laminados de plstico reforado com Fibra de vidro E e com fibra de Basalto;

ResumoOs laminados de plstico reforado com fibra de Basalto foramcortadas emplacas quadradasfabricados atravs da tecnologia vacuum bag;

Os resultados obtidosnos doislaminadosforam comparadosmostrando um alto desempenhodo laminado com fibra de basaltoem termos de Mdulo de Young,resistncia compresso eflexo, fora de impactoe energia;

O bom desempenho dessas propriedadesindicam possveis usodas fibrasde basaltoonde os compsitos com fibra de vidro so largamente empregados;

Os teste de TESTE DO CISALHAMENTO EM VIGAS CURTAS - - FLEXO-EM-TRSPONTOS - Norma: ASTM D2344 confirmam que ocorre uma adeso entre a matriz epxi e as fibras de basalto similar e a matriz epxi e fibra de vidro.

IntroduoQuestes ambientais uso de fibras naturais para reforo de compsitos polimricos;

Desvantagens das fibras vegetais:Alta sensibilidade carga trmica;Higroscpicas;Limitadaspropriedades mecnicasdevido ao sistema de extrao de fibra;Dificuldadeno arranjoda fibra, dimensode fibra e na aderncia nainterface.

Nova perspectiva Uso de fibra mineral: Basalto (Fibras contnuas ou curtas);

Estudos nos ltimos 10 anos;

IntroduoAlta tecnologia Fabricao de fibras de basalto altas temperaturas Melhor qualidade, oriundas de rochas selecionadas, em um processo sem aditivos;

Aspectos positivos da nova geraode basalto:fibrasincluempropriedades de isolamentode som;excelente resistncia ao calor (melhordo que o vidro);resistnciaboaao ataque qumico;baixa absoro de gua.

Destaque para alta performancemecnicacomparvel de fibra de vidroque, aliado ao menor custopoderia tornar o material potencialmente adequadopara substituirfibras de vidro em vrios camposindustriais, comoaeroespacial, automotivo,de transporte e construo naval.

Materiais e mtodosMateriais:

Laminado plstico reforado com fibra de vidro - Ee fibrade basalto, com dimenses300 milmetros300 mm, com sobreposio(0,90), aplicando a tecnologiavacuum bag;

As amostras foram cortadas em painis quadradospor um diamante viuforam sucessivamentetestados, a fimde caracterizaro basalto comportamento ecomparar os resultadosentre os doisreforos diferentes. Ensaios mecnicoscomotrao,flexo, compresso,cisalhamento e testes de impactoforam realizados pormeio de umuniversale uma mquina dequeda de peso.

Ao compararo desempenho dos dois compsitos,um comportamentogeral melhorde basaltofoi evidenciado, sugerindo a possibilidadede usar esse material, mesmo em campos como aconstruo navalautomotivo, ferrovirio eaeroespacial, bem comona indstria qumica, ondecomposiesde vidroj esto largamente aplicado.

Materiais e mtodosMateriais:

Foram obtidos, atravs da tecnologia vacuum bag, laminados plsticos reforados com fibra de vidro - Ee com fibrade basalto, possuindo dimensesplanas de 300 mm x300 mm;

Tipos de reforos utilizados:

basalt dry fabrics, 200 g/m, plain-weave (warp 10F/10 mm, weft 10F/10 mm), tex 100, from ZLBM (De);

E-Glass dry fabric, 290 g/m, plain-weave (warp 5F/10 mm, weft 5F/10 mm), tex 300 (Re 290/50 WEB from Della Betta Group, It).

Tecidos UtilizadosFig. 1.Tecido de Fibra de basaltoTecido de Fibra de VidroVista FrontalMicrografia da Seo Transversal

Propriedades mecnicas bsicas das fibras utilizadasTab. 1.

Esquema da laminao para fabricao do painel01 Glass tool Mesa de trabalho de Vidro02 Sealant tape -Fita Selante03 Release film 04 Reforo05 Peel ply - Filme perfurado06 Bleeder07 Saco Vacuum bag08 Vlvula para a bomba de vcuoMatrix: Epoxi

(Becor I-SX10 + hardener SX10M)Fig. 2.

Materiais e mtodos Ensaios Realizados Tab. 2 Caractersticas das amostras para os ensaios de Trao e CompressoTab. 3 Caractersticas das amostras para os ensaios de Flexo e CisalhamentoTab. 4 Caractersticas das amostras para os ensaios Teste de Impacto de Baixa Velocidade

Materiais e mtodosTeste da Frao de Volume de Fibras (ASTM D3171 - 11 Standard Test Methods for Constituent Content of Composite Materials):

Para os ensaios de trao, flexo e cisalhamento:

Laminado reforado com Fibra de Basalto: 51%Laminado reforado com Fibra de Vidro-E: 46%

Para os ensaios de compresso e impacto:

Laminado reforado com Fibra de Basalto: 47%Laminado reforado com Fibra de Vidro-E: 40%

Materiais e MtodosEnsaios mecnicos (exceto de impacto):

MquinaUniversal MTSAllianceRT/50

Ensaio de impacto:

MquinaCEASTFractovis MK4O dispositivosegundopermite variar aenergia de impacto, alterando amassa do pnduloe a alturade queda.Energia de impactode cerca de 100J.A curvafora-deslocamentofoi registrada pelo programa de aquisio de dados DAS4000;

No todo, pelo menos cincotestes porcada condioforam realizada.

Resultados e discussesFig. 3. Comparao do Mdulo de Elasticidade Trao, Flexo e Compresso entre os Compsitos com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-E FB 35-42 % melhores que a FV-E; Em termos de rigidez, o comportamento mecnico dos dois materiais no parece ser influenciado por um teste em particular, visto que no houve variaes significativos no Mdulo, obtido por trs ensaios mecnicos diferentes.Fig. 4. Comparao do Resistncia Mxima Trao, Flexo e Compresso entre os Compsitos com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-E Melhor comportamento: FV-E com Resistncia Trao; Na literatura:Diferenas significativas para RT, RF e RC;Mais alta RT em compsitos com FB.

Resultados e discussesCompsito FB apresentaram resistncia similar trao e flexo, indicando que a fratura na flexo ocorre em funo do esforo de trao;Compsitos FV-E apresentaram resistncia flexo e compresso muito baixa, em comparao FB;Indicao de diferentes mecanismos de fratura na flexo:Fig. 5.

Resultados e discussesFig. 6. Comparao do Mdulo de Elasticidade Trao, Flexo e Compresso entre os Compsitos com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-E, tendo a mesma frao de volume de fibra de 50%Fig. 7. Comparao do Resistncia Mxima Trao, Flexo e Compresso entre os Compsitos com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-E, tendo a mesma frao de volume de fibra de 50%Aumento de 45 % no Mdulo de YungRT do compsito FV-E melhor em 24 %

Resultados e discussesFig. 8. Mdulo especfico de Trao, Flexo e Compresso dos Compsitos com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-EFig. 9. Resistncia especfica de Trao, Flexo e Compresso dos Compsitos com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-E Comparao mais til;

Manuteno das tendncias.

Resultados e discussesFig. 10. Fsbs de matriz reforada com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-EFig. 11. Fsbs /densidade de matriz reforada com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-EEnsaios de Cisalhamento Para todas as amostras; cisalhamento interlaminar; Ausncia de diferenas significativas;Mais vulnervel adeso interfacial entre a matriz epxi e fibras de vidro-E;Visualmente ocorreu o mecanismo de falha previsto na norma do ensaio.

Resultados e discussesEnsaios de ImpactoFig. 12. Energia de Impacto absorvida e Fora mxima de impacto dos Compsitos com Fibra de Basalto e Fibra de Vidro-EFig. 13. Danos causados pelos Impactos Parmetro fundamental: frao do volume de fibra

Resultados e discussesPropriedades mecnicas bsicas das fibras utilizadasTab. 5.

Concluses possvel vislumbrar a substituio de FV-E por FB como reforo de laminados polimricos;

Compsitos FB apresentam melhor mdulo de Young (36-42%), melhor resistncia flexo e compresso;

Compsitos FV-E apresentaram melhor resistncia trao;

Mecanismo diferentes de ruptura na flexo;

Adeso semelhante;

Recomendao maior investigao, com uso de MEV no estudo do emprego da fibra do basalto.