Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/doi/10.1590/0104-1428.2281
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Estudo da influência do condicionamento higrotérmico nas propriedades viscoelásticas de compósitos termoplásticos

Study of the influence on higrothermal conditioning on viscoelastic properties of thermoplastic composites

Faria, Maria Cândida Magalhães de; Oliveira, Pedro Carlos de; Ribeiro, Bruno; Martet, José Maria Fernandes; Botelho, Edson Cocchieri

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Resumo

O contínuo crescimento na utilização de compósitos termoplásticos em componentes estruturais na indústria aeroespacial deve-se, primordialmente, à flexibilidade de projeto, excelência de suas propriedades mecânicas e baixa massa específica, aliadas aos elevados valores de resistência mecânica e rigidez e baixa incidência de corrosão. No entanto, componentes que requerem exigências estruturais, quando expostos a ambientes agressivos como elevada temperatura e umidade, podem ter suas propriedades mecânicas sensibilizadas por esses fatores ambientais, e devem ser cuidadosamente avaliados antes de serem colocados em serviço. Embora existam diversos trabalhos na literatura reportando este problema para compósitos estruturais, poucos estudos relacionam, de maneira sistemática, a avaliação da absorção de umidade com o comportamento viscoelástico de matrizes de PPS reforçadas com fibras de carbono, quando este compósito é utilizado em aplicações aeronáuticas. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência do condicionamento higrotérmico nas propriedades viscoelásticas de laminados PPS/fibras de carbono. Os resultados mostram que os laminados condicionados em câmara higrotérmica apresentaram absorção de umidade segundo as leis de Fick, porém, não foram observadas variações significativas na temperatura de transição vítrea quando comparado compósitos condicionados e não condicionados.

Palavras-chave

compósitos termoplásticos, efeito higrotérmico, propriedades mecânicas.

Abstract

Continued growth in the use of thermoplastic composites for structural components in the aerospace industry due, primarily, to the design flexibility, excellent mechanical properties and low density, combined with the high values of strength and stiffness and low incidence of corrosion meeting the stringent performance requirements of these structures while in service. However, components that requires structural requirements when exposed to harsh environments such as high temperature and moisture, can have their mechanical properties reduced by these environmental factors, and should be carefully evaluated before being placed in service. Although there are several studies in the literature reporting this problem for structural composites, few studies relate in a systematic way, assessing the moisture absorption with the viscoelastic behavior of PPS matrix reinforced with carbon fibers, when the composite is used in aeronautical applications. Thus, the aim of this study is to evaluate the influence of hygrothermal conditioning on the viscoelastic properties of PPS/carbon fiber composites. The results show that the laminates conditioned in a hygrothermal chamber had moisture absorption according to Fick laws, but it was not observed a significant glass transition temperature variation when compared conditioned and not conditioned specimens.

Keywords

thermoplastic composites, hygrothermal effect, mechanical properties.

References

1. Rezende, M. C., Nohara, E. L., Kawamoto, A. M., & Nohara, L. B. (2007). Otimização da interface/interfase de compósitos termoplásticos de fibra de carbono/PPS pelo uso do Poli(ácido âmico) do tipo BTDA/DDS. Polímeros. Ciência e Tecnologia, 17(3), 180-187. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282007000300005.

2. Arici, A., Sinmazçelik, T., Çapan, L., Yilgor, I., & Yilgor, E. (2005). Influence of annealing on the performance of short glass fiber-reinforced polyphenylene sulfide (PPS) composites. Journal of Composite Materials, 39(1), 21-33. http://dx.doi.org/10.1177/0021998305046432.

3. Gatti, C. A., Cardoso, F. L. A., Gualberto, A. R. M., Paz, J. H. H. A., Mota, L. P., Simêncio, E. C. A., Almeida, E. G. R., & Tarpani, J. R. (2009). Inspeção termográfica de danos por impacto em laminados de matriz polimérica reforçados por fibras de carbono. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 19(4), 318-328. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282009000400012.

4. Costa, M. L., Botelho, E. C., Paiva, J. M. F., & Rezende, M. C. (2005). Characterization of cure of carbon/epoxy prepreg used in aerospace field. Materials Research, 8(3), 317-322. http://dx.doi.org/10.1590/S1516-14392005000300016.

5. Eslami, S., Honarbakhsh-Raouf, A., & Eslami, S. (2015). Effects of moisture absorption on degradation of E-glass fiber reinforced Vinyl Ester composite pipes and modelling of transiente moisture diffusion using finite elemento analysis. Corrosion Science, 90, 168-175. http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2014.10.009.

6. Neto, F. L., & Pardini, L. C. (2006). Compósitos estruturais: ciência e tecnologia. São Paulo: Edgar Blücher.

7. Deroiné, M., Le Duigou, A., Corre, Y.-M., Le Gac, P.-Y., Davies, P., César, G., & Bruzaud, S. (2014). Accelerated ageing of polylactide in aqueous environments: comparative study between distilled water and seawater. Polymer Degradation & Stability, 108, 319-329. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2014.01.020.

8. Rezende, M. C., Costa, M. L., Botelho, E. C., & Mazur, R. L. (2008). Avaliações térmica e reológica da matriz termoplástica PEKK utilizada em compósitos aeronáuticos. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 18(3), 237-243. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282008000300009.

9. Garcia-Gonzalez, D., Rusinek, A., Jankowiak, T., & Arias, A. (2015). Mechanical impact behavior of polyether-ether-ketone (PEEK). Composite Structures, 124, 88-99. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.12.061.

10. Blond, D., Vieille, B., Gomina, M., & Taleb, L. (2014). Correlation between physical properties, microstructure and thermo-mechanical behavior of PPS-based composites processed by stamping. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 38, 1-13. http://dx.doi.org/10.1177/0731684414541846.

11. Bismarck, A., Hofmeier, M., & Dörner, G. (2007). Effect of hot water immersion on the performance of carbon reinforced unidirectional poly(ether ether ketone) (PEEK) composites: stress rupture under end-loaded bending. Composites. Part A, Applied Science and Manufacturing, 38(2), 407-426. http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesa.2006.03.004.

12. Cândido, G. M. (2001). Influência do condicionamento ambiental na resistência à delaminação de borda livre em compósitos avançados (Tese de doutorado). InstitutoTecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.

13. Rezende, M. C., Cândido, G. M., & Mayer, S. (2003). Influência do condicionamento ambiental na resistência à tração de compósitos de carbono/epóxi reparados. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 13(3), 147-153. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282003000300004.

14. Rezende, C. M., Costa, L. M., & Cunha, J. A. P. (2006). Influência de diferentes condições higrotérmicas na resistência à tração de compósitos de fibra de carbono/epóxi modificada. Polímeros: Ciência e Tecnologia, 16(3), 193-201. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282006000300008.

15. Botelho, E. C., Costa, M. L., Pardini, L. C., & Rezende, M. C. (2005). Processing and hygrothermal effects on viscoelastic behavior of glass fiber/epoxy composites. Journal of Materials Science, 40(14), 3615-3623. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-005-0760-2.

16. Botelho, E. C., Pardini, L. C., & Rezende, M. C. (2006). Hygrothermal effects on the shear properties of carbon fiber/epoxy composites. Journal of Materials Science, 41(21), 7111-7118. http://dx.doi.org/10.1007/s10853-006-0933-7.

17. Botelho, E. C., Pardini, L. C., & Rezende, M. C. (2007). Evaluation of hygrothermal effects on the shear properties of Carall composites. Materials Science and Engineering A, 452-453, 292-301. http://dx.doi.org/10.1016/j.msea.2006.10.127.

18. Wang, Y., & Hahn, T. H. (2007). AFM characterization of the interfacial properties of carbon fiber reinforced polymer composites subjected to hygrothermal treatments. Composites Science and Technology, 67(1), 92-101. http://dx.doi.org/10.1016/j.compscitech.2006.03.030.

19. Xiang, Z. D., & Jones, F. R. (1997). Thermal-spike-enhanced moisture absorption by polymer-matrix carbon-fibre composites. Composites Science and Technology, 57(4), 451-461. http://dx.doi.org/10.1016/S0266-3538(96)00168-6.

20. Yann, R., Damien, D., Rachid, E. G., & Patrick, F. (2006). Anisotropy of hygrothermal damage in fiber/polymer composites: Effective elasticity measures and estimates. Mechanics of Materials, 38(12), 1143-1158. http://dx.doi.org/10.1016/j.mechmat.2006.02.001.

21. Zenasni, R., Bachir, A. S., Viña, I., Argüelles, A., & Viña, J. (2006). Effect of hygrothermomechanical aging on the interlaminar fracture behavior of woven fabric fiber/PEI composite materials. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 19(4), 385-398. http://dx.doi.org/10.1177/0892705706059743.

22. Chawla, K. K. (1998). Composite materials: science and engineering. New York: Springer. http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4757-2966-5.

23. Kawai, M., Morishita, M., Tomura, S., & Takumida, K. (1998). Inelastic behavior and strength of fiber-metal hybrid composite: Glare. International Journal of Mechanical Sciences, 40(2-3), 183-198. http://dx.doi.org/10.1016/S0020-7403(97)00048-9.

24. Boukhoulda, B. F., Adda-Bedia, E., & Madani, K. (2006). The effect of fiber orientation angle in composite materials on moisture absorption and material degradation after hygrothermal ageing. Composite Structures, 74(4), 406-418. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.04.032.

25. Baker, A., Dutton, S., & Kelly, D. (2004). Composite materials for aircraft structures. Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics.

26. Faria, M. C. M. (2008). Avaliação do efeito higrotérmico nas propriedades mecânicas de compósitos de PPS/fibras contínuas (Dissertação de mestrado). Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá.

27. Batista, N. L. (2012). Influência das intempéries nas propriedades térmicas e mecânicas de compósitos PEI/fibras de carbono (Dissertação de mestrado). Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.

28. Costa, M. L., Rezende, M. C., Botelho, E. C., & Costa, G. G. (2008). Avaliação do ciclo térmico de conformação por compressão de peças em poli(sulfeto de fenileno) reforçado com fibras contínuas de carbono. Polímeros: Ciências e Tecnologia, 18(1), 81-86. http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282008000100016.

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