O Estudo Do Comportamento De Trinca Em Um Polímero Via Elementos Finitos

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA[pic 1]

CAMPUS ANGRA DOS REIS

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

CÉSAR AUGUSTO OLIVEIRA GONÇALVES DE JESUS

ATIVIDADE 2 – TÓPICOS ESPECIAIS DE ENGENHARIA

Angra dos Reis/RJ

Fevereiro/2022

Sumário

1.        Introdução        3

1.1.        Resina de Poliéster        3

1.2.        Resina Epóxi        3

2.        Reforços utilizados para comparação        4

2.1.        Tecido Plano de Algodão (TPA)        4

2.2.        Fibra de rami        5

3.        Resultados        6

4.        Conclusão        8

5.        Bibliografia        9

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1. Introdução

1.  Resina de Poliéster

São uma família de polímeros criados a partir da reação de ácidos e álcoois por condensação, originando água como subproduto. Quando acontece esse composto por ligações insaturadas, apenas uma molécula de estireno pode dar origem à reticulação.

Poliéster é uma palavra oriunda de dois termos de processamento químico, a polimerização e a esterificação. É a reação de um ácido polibásico e um álcool poli-hídrico. As ligações cruzadas presentes para a formação de termofixos são variações nas combinações de ácidos, bases e outros reagentes.

Foi descoberto em 1937 por Carleton Ellis que adicionando monômeros insaturados a poliésteres insaturados reduziriam drasticamente os tempos de polimerização e de formação de ligações cruzadas.

As principais funções de um monômero são: agir como elemento de transporte de solvente para o poliéster insaturado, reduzir a viscosidade do poliéster, aumentar a rapidez na formação das reações cruzadas e fortalecer propriedades especificas no polímero.

O processo de polimerização a temperatura ambiente pode em alguns casos demorar dias ou semanas em decorrência de colisões aleatórias iniciadoras das ligações cruzadas em misturas simples de poliésteres e monômeros.

No processo de esterificação ocorre a combinação de um ácido orgânico com um álcool para formar um éster e água. As resinas insaturadas que têm como base os ácidos dibásicos e álcoois poli-hídricos são os chamados de resina de poliéster.

Para a formação de um poliéster insaturado é necessário a reação provocada de um ácido polibásico com a remoção da água à medida que é formada. O resultado como a insaturação significa que as ligações duplas nos átomos de carbono os transformam em reativos ou possuidores de ligações de valência não usadas. Ocasionando a afinidade entre estes átomos de carbono e outros átomos e moléculas, fornecendo condições para a formação de ligações cruzadas.

1.  Resina Epóxi

É a matéria-prima em vários setores industriais, incluindo a construção civil, o material termorrígido de maior aplicação como matriz nos sistemas de polímeros reforçados com fibras por ter uma excelente aderência junto à fibra e pequena contração durante o processo de cura. Embora o custo da matéria ser mais elevado, a resina epóxi apresenta excelentes propriedades mecânicas e elétricas, grande adesividade e possibilidade de cura à temperatura ambiente.

No processamento de resinas epóxi, uma enorme variedade de agentes de cura é empregada e estes são adequados aos ciclos de processamento. O tipo de agente de determina o tipo de reação de cura que ocorre, e influencia a cinética da cura e o ciclo de processamento (viscosidade em função do tempo) e a gelação, que irão afetar as propriedades do material curado. Após a cura, a relação epóxi/endurecedor afeta a transição vítrea, o módulo de elasticidade e a resistência mecânica.

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1. Reforços utilizados para comparação

Para efeito de comparação, foram escolhidos dois artigos que utilizam o tecido plano de algodão (TPA) como reforço a resina de poliéster e fibra de rami em conjunto com a matriz epóxi.

1.  Tecido Plano de Algodão (TPA)

O tecido plano de algodão (TPA) com ligamento tela ou tafetá tem um teor de algodão de 100% e uma dimensão unitária de 60 cm x 38 cm, fornecido em embalagem com uma unidade para ser utilizado como pano de chão, flanela de limpeza e pano de prato.

Caracteriza o tecido plano pelo entrelaçamento de dois conjuntos de fios em ângulos de 90°. Um desses conjuntos fica disposto no sentido longitudinal do tecido, conhecido como urdume e o outro fica disposto no sentido transversal ao urdume, conhecido como trama.

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Figura 1: Estrutura do TPA ampliada em 20 vezes

Para retirada de resíduos oriundos da engomagem que não reagiram com a fibra do fio, os tecidos planos de algodão foram imersos durante 24 horas em água e em seguida lavados a 60°C com sabão neutro e água. Após três processos de lavagem foi enxaguado e centrifugado para acelerar a retirada da água.

O processo de secagem foi finalizado com a exposição ao sol durante 6 horas seguidas, e após secagem completa foi dobrado e acondicionado em reservatório para evitar absorção de umidade. Anteriormente ao processo de produção das placas compósitas o TPA foi aquecido em estufa solar com circulação induzida de ar para minimizar a absorção da água.

Todos os compósitos foram fabricados no Laboratório de Máquinas Hidráulicas e Energia Solar – LMHES na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), utilizando as técnicas de laminação manual (“hand lay up”) e prensagem a frio.

Para a impregnação do tecido plano de algodão foi utilizada a resina pré-acelerada de poliéster ortoftálico, misturada com 2% em peo de acelerador MEK-P (peróxido de metil-etilcetona), para reduzir o tempo de gel e a temperatura máxima atingida na reação, seguindo proporções definidas em porcentagem do peso da fibra em relação ao peso da resina no compósito. O tecido de algodão TPA, foi cortado com dimensões específicas para satisfazer corpos de provas de tração, flexão, impacto e propriedades térmicas.