Preformas para Compósitos Estruturais
Preforms for structural composites
Pardini, Luiz C.
http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282000000200012
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.10, n2, p.100-109, 2000
Resumo
Os compósitos estruturais com reforço uni ou bi-direcional, ao contrário dos materiais homogêneos e isotrópicos, apresentam tanto baixa resistência ao cisalhamento interlaminar (< 60 MPa) quanto baixa tenacidade à fratura interlaminar. Como decorrência disso estes compósitos são susceptíveis de falha sob baixo carregamento mecânico, e por esse motivo a utilização destes materiais está confinada a componentes estruturais de responsabilidade secundária. A utilização de matrizes com maior tenacidade à fratura em compósitos produz resultados insatisfatórios para aplicações estruturais, pois o ganho na resistência à fratura interlaminar é insuficiente. A utilização de reforços multi-direcionais (preformas) têm gerado resultados significativos nesse particular fazendo com que as pesquisas sejam direcionadas para essa tecnologia. O presente trabalho descreve os métodos que estão sendo utilizados para obtenção de preformas multidirecionais, tanto para aplicação em compósitos poliméricos quanto para compósitos termo-estruturais. A adição de uma fração volumétrica de fibras equivalente a ~1 - 2% na direção normal ao plano do compósito é suficiente para conferir tanto resistência ao cisalhamento quanto tenacidade à fratura interlaminar, sem prejudicar as propriedades originais em outras direções. A utilização de preformas multi-direcionais permite também maior isotropia de propriedades, maior tenacidade à fratura e resistência às tensões térmicas durante o processamento e em serviço.
Palavras-chave
Compósitos estruturais, preformas têxteis, tenacidade à fratura, agulhamento e costura, cisalhamento interlaminar
Abstract
Stacked laminated composites structures (uni and bi-direcional), unlike homogeneous isotropic materials, exhibit low shear strength (< 60 MPa) and low interlaminar fracture thoughness. As a consequence, premature failure during service can occur and their use are restricted mainly to secondary non-load bearing structures. The use of high toughness matrices in composites is not sufficient to improve the interlaminar fracture toughness. Presently, the use of multi-axis preforms have shown significant improvements in interlaminar fracture toughness of composites and a lot of research has been done using this technology. The present work describes methods to obtain multi-axis preforms for either polymer or thermo-structural composites. Many investigations have shown that addition of a ∼1-2% fibre volume fraction normal to main fibre plane is enough to provide an adequate shear and interlaminar fracture resistance for the composite keeping in-plane properties. Multi-axis preforms provide higher isotropy, higher fracture toughness and resistance to thermal stresses during processing and service.
Keywords
Structural composites, textile preforms, fracture toughness, needling and stitching, interlaminar shear
References
1. Matthews, F. L. & Rawlings, R. D. ¾ "Composite Materials: Engineering and Science", Chapman & Hall , London, UK (1994).
2. Hull, D. & Clyne, T. W. ¾ "An Introduction to Composite Materials", Cambridge, UK (1996).
3. Gibson, R. F. - "Principles of Composite Materials Mechanics", McGraw-Hill, New York (1994).
4. Grady, J. K ¾ Fracture Toughness Testing of Polymer Matrix Composites, in: Handbook of Ceramics and Composites, Nicholas P. Cheremisinoff (ed.), Vol. 2, Mechanical Properties and Specialty Applications, (1993).
5. Riew, C. K. & Gillham, J. K. ¾ Rubber-Modified Thermoset Resin, ACS 208, American Chemical Society (1984).
6. Brookstein, D. ¾ J. Appl. Polym. Sci.: Appl. Polym. Symp., 47, p. 487 (1991).
7. McEnaney, B. ; Mays, T. ¾ "Relationships between Microstructure and Mechanical Properties in Carbon-Carbon Composites", in Essentials -of Carbon-Carbon Composites, C. R. Thomas (ed.), Royal Society of Chemistry (1993).
8. Klein, A. J. ¾ "Which Weave to Weave", Advance Materials and Processes, 3, p. 40 (1986).
9. Ko, F. K. ¾ "Preform Fiber Architecture for Ceramic-Matrix Composites", Ceramic Bulletin, 68, n.2, p. 401- (1989).
10. Verpoest, I. "Textile material for composite construction", US Patent 5,271,982 (1993).
11. Efstratiou, V. A. - "Investigation of the Effect of the 2.5D Carbon Fabric Construction on Fabric Reinforced/Polymer Matrix Composite Toughness", Tese de Doutorado, Katholieke Universiteit Leuven, Bélgica (1994).
10. Cox, B. N.& Flanagan, G. ¾ "Handbook of Analytical Methods for Textile Composites", NASA Contractor Report 4750 (1997).
11. Ko, F. K. ¾ "Three-Dimensional Fabrics for Composites", Chap. 3, in Textile Structural Composites, T. W. Chou & F. K. Ko (ed.), Composite Materials Series, 3, Elsevier (1989).
12. McAllister, L. E. & Lachman, W. L. - "Multidirectional Carbon-Carbon Composites"; in Handbook of Composites, Vol. 4 - Fabrication of Composites - A. Kelly and S. T. Mileiko (1983).
13. McAllister, L. E. - "Multidirectionally Reinforced Carbon/Graphite Matrix Composites", Engineered Materials Handbook, Vol 1:Composites, p. 915, ASM International (1987).
14. Mohamed, M. H. ¾ "Three-dimensional Textiles", American Scientist, 78, p. 530 (1990).
15. Neto, Zabulon S. N. - "Moldagem por Transferência de Resina (RTM), Desenvolvimento do Processo, Fabricação e Avaliação de Laminados", Tese de Mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica. (1992).
17. Dexter, H. B. & Hasko, G. H., "Mechanical properties and damage tolerance of multiaxial warp-knit composites", Composites Science and Technology, 56, p. 367 (1996).
18. Dewalt, P. L. & Reichard, R. P. ¾ "Just how good are knitted fabrics", J. Reinf. Plast. Comp., V. 13, p. 908, (1994).
19. Du, G. W. & Ko, F. ¾ "Analysis of multiaxial warp-knit preforms for composite reinforcement", Compos. Sci. Techn., 56, p. 253 (1996).
21. Fantino, L. "Complex & Architectural Textile Preforms ¾ AEROTISS: Potential applications in composite industries" Proc. SAMPE Europe, Paris, p. 185, (1997).
22. Pardini, L. C. "Influência da Costura nas Propriedades em Cisalhamento de Compósitos Estruturais", 13o Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Curitiba-PR (1998).
23. Tarnopol'skii, U. M.; Zhigun, I. G. & Polyakov, V. A. ¾ "Spatially Reinforced Composites", Technomic Publishing, Inc., Lancaster (1992).
24. Ngai, T. ¾ "Carbon-Carbon Composites", in International Encyclopedia of Composites, Stuart M. Lee (ed.), VCH Publishers (1991).
25. Pardini, L. C & Vieira, S. D. - "Preforma Tetra-direcional (4D) Vértice-Diagonal para Compósitos Termo-Estruturais", NT-03/AMR/98, CTA/IAE/AMR (1998).
26. Pardini, L. C. ¾ "Controlling mechanical properties on carbon fibre reinforced carbon composites", Anais do 12o Congresso Brasileiro de Ciência e Engenharia de Materiais, Águas de Lindóia-SP, (1996).
27. Veidt, M. ¾ "Stiffness Properties of Three Dimensionally (3D) Reinforced Glass Fabrics Produced by Needle-Felting", Proceedings of ICCM-11, Vol V ¾ Textile Composites and Characterization, p. 742, Gold Coast, Australia (1997).
Facebook
Google+
Twitter
LinkedIn
Mendeley
StumbleUpon
CiteULike
Reddit
Email