Tcc-104 Fibras Carbono

FACULDADE DE TECNOLOGIA DA ZONA LESTE

LEANDRO ALEX LORUSSO

Estudo sobre a incorporação da fibra de carbono

como reforço em matrizes de policarbonato

São Paulo

2010


LEANDRO ALEX LORUSSO



Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia da Zona Leste, sob a orientação do Prof. Dr Francisco Rosário como requisito parcial para a obtenção do diploma de Graduação do Curso de Tecnologia em Produção de Plásticos.

São Paulo

2010

LORUSSO, Leandro Alex Estudo sobre a incorporação da fibra de carbono como reforço em matrizes de

policarbonato. / Leandro Alex Lorusso – Faculdade de Tecnologia da Zona Leste, São Paulo, 2010

65 p.

Orientador: Prof. Dr. Francisco Rosário Trabalho de Conclusão de Curso – Faculdade de Tecnologia da Zona Leste

1. Policarbonato 2. Fibra de Carbono. 3. Resistência mecânica


LORUSSO, LEANDRO ALEX



Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia da Zona Leste, sob a orientação do Prof. Dr Francisco Rosário como requisito parcial para a obtenção do diploma de Graduação do Curso de Tecnologia em Produção de Plásticos.

Apresentado e Aprovado em: ___/___/___

Banca Examinadora

Prof. Dr. Francisco Rosário Instituição: Fatec – Z. L

Julgamento: ___________________Assinatura: _____________

Prof. MSc. Pedro Lima Forster Instituição: IPEN / USP

Julgamento: ___________________Assinatura: ______________

Prof. Dra. Célia Viderman Oliveira Instituição: Fatec – Z. L

Julgamento: ___________________Assinatura: ______________

São Paulo, ___ de _____________ 2010

Dedicatória

Dedico este trabalho a Dominic Pauline Garcia Lima, pessoa muito

importante na minha vida e que eu adoro muito, sempre estando comigo em

todos os momentos, me incentivando a nunca desistir.

E agradeço aos meus pais pelo apoio incondicional e a todos amigos que

de certa forma me ajudaram neste caminho de 3 anos.

Agradecimentos

Agradeço primeiramente a Deus por toda ajuda, fé e confiança em permitir

chegar até aqui.

À Dominic Pauline Garcia Lima, pelo amor, ternura, companheirismo,

amizade e por sempre estar ao meu lado, fazendo eu ter forças para continuar

e superar todos os obstáculos.

Obrigado aos meus pais, por me aturarem até nos maus momentos,

sempre me fazendo seguir em frente.

Aos professores Francisco Rosário, Célia Viderman e Manuel Canté, pela

ajuda que me prestaram me auxiliando e orientando para a conclusão deste

trabalho.

E a todos meus colegas de classe que durante estes 3 anos tiveram bom

humor, alegria e que sempre estiveram ao meu lado.

Que o brilho dos nossos olhos possa reluzir as

esperanças que ecoam em nossos corações.

(L. A. Lorusso).

LORUSSO, Leandro Alex. Estudo sobre a incorporação da fibra de carbono como reforço em matrizes de policarbonato. 65 páginas. Trabalho de

Conclusão de Curso. Faculdade de Tecnologia da Zona Leste. São Paulo,

2010.

RESUMO

Apresenta-se uma abordagem da incorporação de fibras de carbono em matrizes de policarbonato enfatizando suas propriedades mecânicas. Definem-se todos os conceitos que permeiam este assunto para o claro entendimento das propriedades mecânicas, das fibras de carbono e do policarbonato. Exemplifica vantagens com esta incorporação de dois materiais distintos de modo quantitativo. Sendo que o objetivo principal deste compósito seria um material com características únicas justaposicionando o melhor de cada material separado. Sendo que estas propriedades podem variar de acordo com o tipo de reforço como também que tipo de policarbonato utilizado. Pode-se afirmar que entre estes dois materiais pode-se conseguir uma gama muito grande de compósitos diferentes e assim, aplicações diferentes. Assim para poder-se classificar este tipo de compósito como suas vertentes utilizam-se inúmeros testes no material, no caso,com enfoque nos ensaios mecânicos. Palavras-chave:.Fibra de carbono; policarbonato; resistência mecânica.

LORUSSO, Leandro Alex. Study of characterization and application of carbon fibers and that importance for nanotechnology. 65 páginas. Monografia. Faculdade de Tecnologia da Zona Leste. 2010.

ABSTRACT

It presents an approach to incorporating carbon fibers in matrix of polycarbonate emphasizing their mechanical properties. Defines all the concepts that underlie this matter for clear understanding of the mechanical properties, of carbon fibers and polycarbonate. Exemplifies the advantages with this incorporation of two different materials in a quantitative manner. Since the main purpose of this would be a composite material with unique joining the best of each material separately.And these properties may vary with the type of reinforcement as well as what type of polycarbonate used. One can say that between these two materials can achieve a very large range of different composites and as soon, different applications. So in order to classify this type of composite as its dimensions are used numerous tests on the material, in the case, focusing on mechanical tests. Key-words: carbon fiber; polycarbonate; mechanical strenght.

Sumário

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 16

2. O POLICARBONATO ........................................................................................................................ 20

2.1 PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO POLICARBONATO .............................................................................. 21

2.2 PROPRIEDADES DO POLICARBONATO................................................................................................ 23

3. AS FIBRAS DE CARBONO ............................................................................................................... 25

3.1 PRECURSORES DA FIBRA DE CARBONO............................................................................................. 27

3.1.1 Poliacrilonitrila ...................................................................................................................... 27

3.1.2 Rayon (viscose) .................................................................................................................... 30

3.1.3 Piche ...................................................................................................................................... 32

3.2 CLASSIFICAÇÃO DAS FIBRAS DE CARBONO ...................................................................................... 34

3.3 TRATAMENTOS SUPERFICIAIS ........................................................................................................... 36

4. PROPRIEDADES MECÂNICAS E TERMOMECÂNICAS ........................................................... 38

4.1 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO ................................................................................................................... 38

4.2 RESISTÊNCIA À FLEXÃO ................................................................................................................... 40

4.3 TEMPERATURA DE DISTORÇÃO TÉRMICA (HDT) ............................................................................. 41

4.5 ÍNDICE DE FLUIDEZ .......................................................................................................................... 42

5. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................................ 45

5.1 PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA .............................................................................................. 46

5.2 ENSAIOS MECÂNICOS DE RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E À FLEXÃO ....................................................... 47

5.3 ENSAIO DE RESISTÊNCIA À TEMPERATURA DE DISTORÇÃO TÉRMICA E TEMPERATURA DE

AMOLECIMENTO VICAT ......................................................................................................................... 48

5.4 ENSAIO DE RESISTÊNCIA AO IMPACTO IZOD ..................................................................................... 49

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................................................................... 50

5.1 TESTES FÍSICOS ................................................................................................................................ 50

5.1.1 Índice de Fluidez .................................................................................................................. 50

5.1.2 Índice de Umidade ............................................................................................................... 51

5.1.3 Densidade e Teor de Carga ............................................................................................... 52

5.2 PROPRIEDADES MECÂNICAS ............................................................................................................. 54

5.2.1 Propriedades de Tração. .................................................................................................... 54

5.2.2 Propriedades de Flexão ...................................................................................................... 56

5.2.3 Propriedades de Impacto .................................................................................................... 58

5.3 PROPRIEDADES TERMOMECÂNICAS .................................................................................................. 59

5.3.1 Temperatura de Distorção térmica e de Amolecimento Vicat. ...................................... 59

6.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................................................................................. 60

7.1 REFERÊNCIAS ................................................................................................................................. 61

ANEXO I – FICHA DE PROPRIEDADES DO POLICARBONATO ................................................ 63

ANEXO II – TABELAS REFERENTES AOS ENSAIOS REALIZADOS ........................................ 64

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Mero da macromolécula do policarbonato__________________ 20

Figura 2.2 : Obtenção do policarbonato via intercâmbio de ésteres________ 21

Figura 2.3 : Obtenção do policarbonato via fosgenização________________ 22

Figura 2.4 : Obtenção do Bisfenol – A_______________________________ 23

Figura 3.1 : Emprego de materiais compósitos na aeronave ERJ145_______ 25

Figura 3.2: Estrutura Cristalina da Grafite ____________________________ 26

Figura 3.1.1.1 : Estrutura molecular da poliacrilonitrila __________________ 27

Figura 3.1.1.2 : Processos de obtenção da fibra de poliacrilonitrila ________ 28

Figura 3.1.1.3: Resistência à tração e módulo de Young de fibras de carbono

obtidas de precursor PAN em função da temperatura de tratamento térmico_ 28


obtidas de precursor PAN em função da temperatura de tratamento térmico_ 30

Figura 3.1.2.1: Diagrama do processo de obtenção da fibra de carbono via

processo viscose_______________________________________________ 31

Figura 3.1.3.1:Esquema do processo de fiação por fusão _______________ 32

Figura 3.1.3.2: Diagrama básico do processo de obtenção da fibra de carbono

via piche _____________________________________________________ 33


obtidas de precursor piche em função da temperatura de tratamento térmico_ 34

Figura 3.3.1: Resumo do processo de tratamentos superficiais nas fibras de

carbono________________________________________________________ 37

Figura 3.3.2: Esquema dos constituintes básicos de um compósito _______ 37

Figura 4.1.1: Curva típica de um ensaio de tração _____________________ 40

Figura 5.1: Equipamentos utilizados ________________________________ 45

Figura 5.2: Matéria prima utilizada__________________________________ 46

Figura 5.3: Materiais para a injeção_________________________________ 47

Figura 5.1.1: Injetora Romi, marca Primax 65R controlmaster 8___________ 47

Figura 5.2.1: Máquina de testes Emic linha DL com célula de carga Z500___ 48

Figura 5.3.1:Máquina de testes Tinius Olsen modelo 603 HDTM__________ 48

Figura 5.4.1: Máquina de testes Tinius Olsen modelo 104 – IT 504________ 49

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.2.1 – Propriedades Intrínsecas do Policarbonato_______________ 24

Tabela 2.2.2 – Propriedades Gerais do Policarbonato __________________ 24

Tabela 3.1.1.1: Diagrama do processo de obtenção da fibra de carbono via

PAN_________________________________________________________ 28

Tabela 3.1.1.2: Composição em função do tratamento térmico ___________ 29

Tabela 3.2.1: Perda de Peso dos precursores a 100 °C_________________ 36

Tabela 4.6.1: Principais propriedades do PP e seus compósitos __________ 44

Tabela 5.1: Principais propriedades das fibras utilizadas ________________ 46

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 5.1.1.1: Índice de fluidez do policarbonato e seu compósito________ 51

Gráfico 5.1.2.1: Índice de umidade do policarbonato e seu compósito______ 52

Gráfico 5.1.3.1: Densidade do policarbonato e seu compósito____________ 53

Gráfico 5.1.3.2: Teor de carga no compósito__________________________ 53

Gráfico 5.2.1.1: Tensões provenientes do teste de tração _______________ 55

Gráfico 5.2.1.2: Deformações provenientes do teste de tração____________ 55

Gráfico 5.2.2.1: Resistência a Flexão _______________________________ 56

Gráfico 5.2.2.2: Módulo de Elasticidade _____________________________ 57

Gráfico 5.2.3.1: Resistência ao Impacto Izod _________________________ 58 Gráfico 5.3.1.1: Resultados das propriedades termomecânicas do compósito _____ 60

LISTA DE ABREVIAÇÕES E SÍMBOLOS

ABREVIATURAS

BPA - [2,2-bis(4'-hidroxifenil) propano]

ASTM - American Society for Testing and Materials PC – policarbonato

PS - poliestireno

PVC – poli(cloreto de vinila)

PAN – poli (acrilonitrila)

SÍMBOLOS GPa – Giga pascal

MPa – mega pascal

Tg – Transição Vítrea

Tm – Temperatura de Fusão Cristalina

g/cm3 – Densidade

tex – Quantidade de Filamentos num Fio de uma Fibra

0l - comprimento inicial

l - comprimento final

ε - deformação específica

∆l – variação de comprimento

Kg – quilo

g/10 min – unidade de medida para índice de fluidez

mm – milímetro

16

1. Introdução

Este trabalho relaciona o estudo da incorporação das fibras de carbono

em matrizes de policarbonato como as propriedades obtidas por este

compósito.

As fibras de carbono, como as fibras de vidro, foram os primeiros

reforços utilizados para aumentar a rigidez e resistência de materiais

compósitos avançados leves, comumente utilizados em aeronaves,

equipamentos de recreação e aplicações industriais. A expressão “fibra de

carbono” geralmente se refere a uma variedade de produtos filamentares

compostos por mais de 90% de carbono e filamentos de 5 a 15 μm de

diâmetro, produzidos pela pirólise da poliacrilonitrila (PAN), piche ou rayon

(LUBIN,1969).

Fibras de carbono são referidas normalmente como fibras de grafite,

entretanto, somente fibras de carbono de elevado módulo de elasticidade com

estrutura de grafite tridimensional podem ser denominadas propriamente fibras

de grafite. Em virtude de as fibras de carbono possuírem elevados valores de

resistência à tração, módulo de elasticidade extremamente elevado e baixa

massa específica, comparadas com outros materiais de engenharia, são

utilizadas predominantemente em aplicações críticas envolvendo redução de

massa. As fibras de carbono comercialmente disponíveis podem duplicar seus

valores de módulo de elasticidade em relação às outras fibras de reforço, tais

como aramida e de vidro S e, exceder os metais em resistência à tração.

Quando se utilizam materiais compósitos de fibras de carbono, a sua

resistência e módulo de elasticidade podem ser orientados de modo otimizado

para minimizar a massa final. Além da resistência e rigidez, as fibras de

carbono possuem excelente resistência à fadiga, características de

amortecimento de vibrações, resistência térmica e estabilidade dimensional. As

fibras de carbono possuem também boa resistência elétrica e térmica e são

quimicamente inertes, exceto quanto à oxidação (CALLISTER,2005).

17

Por volta de 1940, o excelente desempenho de suas propriedades

mecânicas foi demonstrado pelo crescimento de whiskers de grafite com

resistência à tração de 2,0 GPa e módulo de rigidez de 800 GPa (LUBIN,1969).

A primeira fibra contínua comercial foi produzida nos anos de 1950 pela pirólise

do rayon.

O policarbonato é um polímero de engenharia, termoplástico e amorfo,

que apresenta excelentes propriedades mecânicas (resistência à tração e ao

impacto), ópticas (alta transparência) e térmicas. O policarbonato tem baixa

higrospicidade, boa resistência ao calor, podendo ser empregado até cerca de

140 °C, e boa estabilidade térmica quando fundido. Produtos de policarbonato

podem ser fabricados por meio de processos convencionais de moldagem por

injeção e por extrusão.

O PC, face as suas boas propriedades de engenharia, tem sido utilizado

em diversas aplicações industriais (CALLISTER, 2005):

• área médica (sistemas de diálise, pulmão artificial, seringas etc);

• indústria automotiva;

• indústria de construção;

• produção de artefatos para instalações elétricas;

• produção de embalagens diversas;

• indústria de equipamentos óticos e fotográficos;

• indústria nuclear;

• indústria de material bélico (blindagens balísticas transparentes para

proteção pessoal e para veículos de uso civil e militar) etc.

Em meados da década de 1960, no Japão e na Inglaterra foi

desenvolvido um processo mais eficiente de produção de fibras de carbono

utilizando-se poliacrilonitrila (PAN). Este processo é utilizado hoje em dia por

mais de 90% da produção de fibras de carbono comercial. Assim, aumentando

a resistência das fibras, o seu módulo, resistência à manipulação e diminuir

deformações e falhas (WIEBECK, 2005).

18

Durante os anos de 1970, os esforços visavam à redução do custo das

fibras com o uso do precursor piche. Porém, deficiências na resistência à

compressão das fibras e o alto custo na purificação do precursor de piche

(LUBIN,1982) têm limitado a aceitação e crescimento de uso das fibras de

carbono de alto módulo.

A abordagem do Estudo sobre a incorporação da fibra de carbono como

reforço em matrizes de policarbonato, delimita-se a descrever as principais

técnicas de obtenção da fibra de carbono, tipos de processamento e suas

propriedades mecânicas fundamentais. Síntese sobre o policarbonato desde

sua obtenção e suas vertentes, suas aplicações, resumo sobre seu

processamento e suas propriedades além destas com a incorporação da fibra.

O objetivo deste trabalho é demonstrar as propriedades da fibra de

carbono com a matriz de policarbonato enfatizando assim novos campos como

produto em caráter heterogêneo (compósitos).

Assim prosseguindo, tentaremos satisfazer a seguinte interrogação:

Quais seriam as novas propriedades que o compósito de policarbonato

incorporada com fibras de carbono teria? Quais as principais diferenças em

propriedades do compósito em relação à matriz sem o reforço?

As hipóteses levantadas são que para obtenção da fibra de carbono há

basicamente 3 precursores: o poliacrilonitrila (PAN), o piche e rayon (viscose),

estes com custos de obtenção variados e também que cada um pode se obter

a fibra de carbono com propriedades distintas. Logo, para cada diferente

material obtido, haverá a possibilidade de uma diferente aplicação. Na

fabricação de compósitos obtemos uma série de atenuantes para se conseguir

características intrínsecas, como a proporção da fibra, tipo da fibra, orientação

desta, além do tipo de resina utilizada. Assim, pode-se obter uma gama

enorme de compósitos diferentes a partir destes dois materiais, havendo então

novas e diferentes aplicações para estes, como: indústrias aeroespacial,

automobilística de alto desempenho, de equipamentos ópticos e metrológicos.

19

Com este estudo, espera-se descrever sucintamente estas novas

propriedades, para que se tenha um material analisado quantitativamente em

condições básicas de caracterização.

Será demonstrado que existem sim efetivas mudanças quanto a

diferenciação nas variáveis de obtenção do compósito, descritas

posteriormente.

Neste estudo será abordado pelo método dedutivo e pela metodologia

quantitativa. Já os métodos empregados nesta pesquisa são de caráter

bibliográfico e descritivo. Por fim, será adotada a documentação indireta, ou

seja, na pesquisa, as técnicas empregadas serão: o levantamento documental

e estatístico. Além de contar com o estudo de caso que tem por objetivo

comprovar as pesquisas feitas sobre o assunto. O trabalho está estruturado da

seguinte maneira:

O segundo capítulo apresenta resumidamente as propriedades do

policarbonato, sua obtenção, alguns processos de moldagem e sua aplicação.

Já no terceiro, será descrito toda a cadeia da fibra de carbono desde seus

precursores (PAN, piche e viscose), até os seus processamentos industriais

visando o produto acabado, já no quarto capítulo será enfatizado os conceitos

de propriedades mecânicas (tração, flexão impacto, HDT e Vicat), já no quinto

capítulo será abordado tantos os materiais como os métodos para realização

dos ensaios mecânicos, com uma breve análise dos resultados e por último

será descrito algumas considerações finais por volta tanto dos ensaios,como

de seus resultados e o sobre o trabalho no geral.

20

2. O Policarbonato

Os poliésteres resultam da condensação de poliácidos com poliálcoois.

Este grupo de polímeros recebe este nome em virtude da presença do grupo

carbonila na cadeia principal (-O-C=O).

Os poliésteres podem ser subdivididos em três classes:

• Alifáticos

• Aromáticos

• Reticulados (termorrígidos)

Segundo (WIEBECK, 2005), os policarbonatos são poliésteres do ácido

carbônico e compostos di-hidroxilados aromáticos ou alifáticos, caracterizados

por apresentarem uma cadeia com átomos heterogêneos, tipo –OCOO-.

Figura 2.1: Mero da macromolécula do policarbonato

Fonte : (WIEBECK, 2005, pág. 109)

Já os policarbonatos alifáticos são preparados a partir de diols e

carbonatos (dietil ou difenil). A escolha do monômero tem forte influência sobre

as propriedades da resina resultante. Para (KROSCHWITZ, 1994, apud MELO,

pág. 36), o policarbonato de glicol dietilênico é líquido, na temperatura

ambiente. O policarbonato de 2,2-dimetil-propano-1,3-diol tem ponto de fusão

de 109 ºC, e o de trans-tetrametilciclobutanodiol funde em temperaturas acima

de 360 ºC. Em geral, o ponto de fusão dos policarbonatos alifáticos é menor

que dos policarbonatos aromáticos.

21

Devido ao seu baixo ponto de fusão e à sua baixa estabilidade térmica,

policarbonatos alifáticos não são utilizados como termoplásticos. O

policarbonato alifático é muito utilizado na síntese de poliuretanos e ainda,

como plastificante e estabilizador ultravioleta do PVC.

2.1 Processos de Obtenção do Policarbonato

O Policarbonato pode ser sintetizado por meio de reações de

policondensação do Bisfenol-A (BPA). Os dois processos de obtenção mais

conhecidos são:

• Intercâmbio de ésteres

• Fosgenização

No processo de intercambio de ésteres, conforme (WIEBECK, 2005),

envolve o aquecimento de um composto aromático di-hidroxílico, como o

bisfenol A e um composto metacarbonato (difenilcarbonato), como ilustra a

Figura 2.2. O polímero final é retirado do reator em atmosfera de gás inerte. A

reação pode ser interrompida quando o polímero estiver suficientemente

líquido, para facilitar sua retirada do reator.

Figura 2.2 : Obtenção do policarbonato via intercâmbio de ésteres

Fonte (WIEBECK, 2005, pág. 109)

22

Já no processo de fosgenização, há reação do sal dissódico do Bisfenol - A

com o fosgênio na presença de hidróxido de sódio, durante a qual ocorre reação

típica de condensação como mostra a Figura 2.3. Para (WIEBECK, 2005) a

simples passagem do fosgênio por uma solução de Bisfenol - A em hidróxido de

sódio é insatisfatória porque o polímero geralmente é insolúvel em álcalis, sendo

obtido apenas material com baixa massa molar. Para contornar esta dificuldade,

foram desenvolvidos dois métodos:

• o método de solução

• o interfacial.

Figura 2.3 : Obtenção do policarbonato via fosgenização

Fonte (WIEBECK, 2005, pág. 110)

No método de solução, o Bisfenol - A é dissolvido em hidróxido de sódio

e a reação ocorre na presença de um solvente, como o cloreto de metileno

(piridina), que é capaz de dissolver tanto o fosgênio como o policarbonato.

Devido ao alto custo da piridina, o processo é geralmente feito usando uma

mistura de piridina diluída. Assim é solubilizado, precipitado e depois lavado,

geralmente depois há evaporação ou destilação por um não solvente (metanol).

Já no método interfacial neste método uma solução de Bisfenol - A em

hidróxido de sódio é dispersa em um solvente orgânico (piridina). Uma

pequena quantidade de amina terciária (NR) é adicionada ao sistema como

23

catalisador. Completada a reação, para se poder extrair a solução polimérica,

usa-se os mesmos passos anteriores.

O Bisfenol - A, pode ser produzido pela condensação do fenol com

acetona sob condições ácidas,

Figura 2.4 : Obtenção do Bisfenol – A

Fonte: (WIEBECK, 2005, pág. 112)

Para a produção do policarbonato, o Bisfenol - A deve possuir grau de

pureza elevado. Material com menor grau de pureza, como utilizado na

produção de resina epóxi, resulta em um policarbonato com propriedades

físicas pobres e coloração amarelada. Após a reação, o Bisfenol - A é separado

por destilação do fenol.

2.2 Propriedades do Policarbonato

O estudo da estrutura dos policarbonatos de Bisfenol - A, permite analisar suas propriedades intrínsecas, como: o grupo benzênico está na cadeia principal, a molécula é muito rígida, fazendo com que o policarbonato tenha uma estrutura amorfa, uma baixa contração na moldagem (tanto transversal quanto paralela ao fluxo) e seja transparente (WIEBECK, 2005).

Sua regularidade e os grupos laterais polares lhe atribuem alto valor de

Tg (145°C), com isto ele possui elevados valores para as propriedades

térmicas e de estabilidade dimensional . A cadeia polimérica do policarbonato é

simétrica, o que lhe confere boas propriedades dielétricas e seu alto valor de

HDT garante a manutenção destas propriedades até 125°C (WIEBECK, 2005).

24

O Policarbonato de Bisfenol – A, como propriedades físicas, é um

polímero inodoro, insípido e atóxico, sendo completamente transparente,

mesmo com espessuras consideráveis. O seu peso molecular varia de 18.000

até 200.000 g/mol.

PROPRIEDADES UNIDADES VALOR TÍPICO

Tg °C 150Tm °C 275 Tabela 2.2.1 : Propriedades Intrínsecas do Policarbonato

Fonte: Do Autor, 2010.

A Tg alta pode ser atribuída à restrição de movimento dos segmentos de

cadeia devido ao anel aromático.

PROPRIEDADES UNIDADES MÉTODO ASTM MÉTODO ISO VALORES TÍPICOS

Reológicas

Índice de Fluidez g/10min D-1238 1133 22

Densidade g/cm3 D-792 R-1183 1,2Absorção de água (por 24 horas a 23 °C) % D-570 - 0,23

Mecânicas

Resistência à tração na ruptura Mpa D-638 R-527 68Resistência à tração no escoamento Mpa D-638 R-527 63Módulo de Tração Mpa D-638 R-527 2300Deformação específica na ruptura (alongamento) % D-638 R-527 90Resistência a Flexão Mpa D-790 178 90Módulo de Flexão Mpa D-256 178 2350Impacto Izod (3,2 mm/ entalhado) J/m D-785 - 640Dureza Rockwell - - R120 M75

Térmicas

Temperatura de Deflexão Térmica (1,8 Mpa) °C D-648 75 128

Coeficiente Linear de Dilatação Térmica x10-5 cm/cm/°C D-696 - 6,5Contração do Moldado % D-955 - 0,5 ~ 0,7

Óticas

Transmitância % D-1003 - 89Índice de Refração (nD25) - D-542 489 1,586

Elétricas

Resistência Dielétrica (1,6 mm de espessura) KV/mm D-149 - 29

Resistividade Volumétrica ohm.cm D-257 - >1016

Constante Dielétrica 60 Hz 106 Hz D-150 - 2,91 - 2,85

Fator de Dissipação 60 Hz - Dielétrica 106 Hz D-150 - 6,6 x 10-4 – 9,2 x 10-3

Resistência ao Arco seg D-495 - 100 ~ 120

Flamabilidade

Teste do Fio Incandescente (3,2 mm) - IEC 695-2-1 °C IEC 695-2-1 - 850Flamabilidade (UL94/1,5 mm) - Yellow Card E 102385 - UL94 - HB Tabela 2.2.2: Propriedades Gerais do Policarbonato

Fonte: (DUROLON, Catálogo do fabricante, Policarbonatos do Brasil S/A, 1985).

25

3. As Fibras de Carbono

As fibras de carbono, como as fibras de vidro, foram os primeiros reforços

utilizados para aumentar a rigidez e resistência de materiais compósitos

avançados leves. A expressão “fibra de carbono” geralmente se refere a uma

variedade de produtos filamentares compostos por mais de 90% de carbono e

filamentos de 5 a 15 μm de diâmetro, produzidos pela pirólise da poliacrilonitrila

(PAN), piche ou rayon (NETO e PARDINI, 2006). A Figura 3.1, mostra (em

vermelho) compósitos com a fibra de carbono, geralmente relacionadas por

possuírem elevados valores de resistência à tração, módulo de elasticidade

extremamente elevado e baixa massa específica, em comparação com outros

materiais de engenharia.

Figura 3.1: Emprego de materiais compósitos na aeronave ERJ145.

Fonte: (EMBRAER, 2010, sem pág.)

Fibras de carbono são referidas normalmente como fibras de grafite,

entretanto somente fibras de carbono de elevado módulo de elasticidade com

estrutura de grafite tridimensional podem ser denominadas propriamente fibras de

grafite (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006).

26

Figura 3.2: Estrutura Cristalina da Grafite

Fonte: (CHUNG, 1994, pág: 4)

As fibras de carbono comercialmente disponíveis podem duplicar seus

valores de módulo de elasticidade em relação às outras fibras de reforço, tais

como aramida e vidro S e exceder os metais em resistência à tração.

Quando se utilizam materiais compósitos de fibras de carbono, a sua

resistência e módulo de elasticidade podem ser orientados de modo otimizado

para minimizar a massa final. Além da resistência e rigidez, as fibras de carbono

possuem excelente resistência à fadiga, resistência térmica e estabilidade

dimensional. As fibras de carbono possuem também boa resistência elétrica e

térmica e são quimicamente inertes, exceto quanto à oxidação.

Pesquisas recentes, para se desenvolverem fibras de carbono de baixo

custo, incluem o crescimento dos filamentos de carbono pela deposição de

carbono de gases, tais como monóxido de carbono, metano, ou benzeno sobre um

metal catalisador.

27

3.1 Precursores da Fibra de Carbono

3.1.1 Poliacrilonitrila

As fibras de poliacrilonitrila (PAN) são o tipo de precursor mais utilizado

para obtenção de fibras de carbono. A poliacrilonitrila é um polímero atático, linear

que contém grupos nitrila altamente polares atrelados à estrutura principal de

carbonos, conforme mostra a Figura 3.1.1.1:

Figura 3.1.1.1: Estrutura molecular da poliacrilonitrila

Fonte: (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006, pág. 66)

A Figura 3.1.1.2. mostra dois processos básicos para a obtenção da fibra de

poliacrilonitrila. No processo a seco, o precursor é fundido e extrudado através de

uma fieira que contém um determinado número de pequenos capilares. Ao sair da

fieira, o polímero resfria e solidifica na forma de fibras. Na fiação a úmido, uma

solução concentrada do polímero é dissolvida em um solvente apropriado, que

forma uma solução com viscosidade adequada ao processo de fiação, é extrudada

através de uma fieira em um banho de coagulação. O número de furos na fieira

define o tex do cabo a ser obtido.

28

Figura 3.1.1.2: Processos de obtenção da fibra de poliacrilonitrila


As fibras de PAN têm estabilidade térmica até 115°C. Há três estágios

sucessivos básicos que ocorrem na conversão do precursor PAN em fibras,

conforme mostra o diagrama a Tabela 1.

Tabela 3.1.1.1: Diagrama do processo de obtenção da fibra de carbono via PAN


29

O processo tem início com a estabilização oxidativa do precursor de

poliacrilonitrila, que é estirado e simultaneamente oxidado na faixa de entre 200 –

300°C. Este tratamento converte a fibra PAN termoplástica em uma cadeia

termorrígida cíclica com incorporação de oxigênio à estrutura da mesma. Esse tipo

de fibra é conhecido como PANox. O material então, para resistir a tratamentos

térmicos em temperaturas na faixa de 1000 – 1500 °C sob atmosfera inerte, esse

processo é denominado carbonização.

Nessa etapa, outros elementos que não carbono são removidos como

voláteis, resultando em um rendimento em torno de 50% da massa do polímero

PAN.

Material C (%) N (%) H (%) O (%)

PAN 68 26 6 -PANox 65 22 5 8Fibra de Carbono (1000 °C até 1500 °C) > 92 < 7 < 0,3 < 1Fibra de Carbono (1700 °C até 2500 °C) 100 - - - Tabela 3.1.1.2: Composição em função do tratamento térmico Fonte: Adaptado de (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006, pág. 70)

A Figura 3.1.1.3 mostra um gráfico de resistência à tração de fibras de

carbono, obtidas de PAN, em função da temperatura de tratamento térmico.

Observa-se que a resistência à tração das fibras de carbono aumentam até o

limite de tratamento térmico próximo a -1.500 °C. Segundo (CLÁDIO NETO e

PARDINI, 2006), esse aumento é devido à crescente formação das lamelas de

hexágonos de carbono que vão se alinhando na direção longitudinal da fibra.

As fibras de carbono obtidas 1.500 °C são denominadas fibras de carbono de

alta resistência. Em contrapartida, o módulo de elasticidade tem um forte

aumento até 2.500 °C, devido ao aumento do alinhamento das cadeias

grafíticas. Dessa forma, uma variedade significativa de fibras de carbono pode

ser obtida como resultado apenas de mudanças na temperatura de tratamento

térmico. No entanto, tratamentos térmicos acima de 1500 °C, embora resultam

em aumento no módulo elástico, representam um gasto de energia que não

justificam o ganho apresentado.

30

Figura 3.1.1.3: Resistência à tração e módulo de Young de fibras de carbono obtidas de

precursor PAN em função da temperatura de tratamento térmico.

Fonte: (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006, pág.71, apud Donnet -1998).

3.1.2 Rayon (viscose)

A produção comercial de fibras de rayon utiliza o processo viscose,

Segundo (CLÁDIO NETO e PARDINI, 2006), as fibras de rayon têm boa

resistência mecânica, sendo obtidas por meio de um processo semicontínuo que

tem como ponto de partida polpa de celulose, caracterizada por um alto conteúdo

de a-celulose, relativamente isentas de lignina e hemiceluloses. A Figura 3.1.2.1,

apresenta um diagrama esquemático de obtenção de fibras de rayon. O processo

se inicia pela saturação da celulose por NaOH por um determinado período,

fazendo com que o material seja convertido em soda-celulose. O material é

exposto ao ar para que ocorra uma oxidação controlada das cadeias de celulose,

conhecida como envelhecimento, convertendo-o em cadeias com pesos

moleculares menores. Elas permitem, desta forma, atingir viscosidades adequadas

na solução de fiação, o bastante para permitir boas propriedades físicas à fibra

obtida.

31

Figura 3.1.2.1: Diagrama do processo de obtenção da fibra de carbono via processo

viscose.


Então é colocado em um vaso e tratado com CS2, formando grupos de

éster-xantato reversíveis O material formado é um copolímero em bloco de

celulose e xantato de celulose. Esse material é novamente dissolvido em uma

solução de NaOH, reduzindo as ligações de hidrogênio, permitindo que as cadeias

moleculares sejam separadas e resultando em uma solução de celulose insolúvel.

Essa solução apresenta alta viscosidade sendo denominada viscose.

Conforme (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006), a viscose então passa por

um processo de amadurecimento, onde ocorre uma redistribuição dos grupos

xantatos, assim obtendo-se hidróxidos de celulose. Então é feita a filtragem para

remover insolúveis que venham a causar qualquer defeito à fibra.

32

Uma vantagem inerente às fibras de rayon é que estas podem ser tecidas

antes de se efetuar o processo de tratamento térmico para convertê-las em fibras

de carbono. As etapas de tratamento térmico para conversão ocorre em 2 etapas

básicas:

Estabilização: ocorre entre 25 - 150 °C, onde ocorre dessorção de água,

seguida de desidratação (entre 150 – 240 °C). Posteriormente, ocorre cisão

térmica de ligações éter e algumas de C-C (240 – 400 °C), ocorrendo

aromatização.

Tratamento térmico: ocorre entre 400 - 700 °C, correspondendo à etapa de

carbonização,onde o material convertido em uma estrutura ainda amorfa de

carbono e entre 1.000 - 2.700 °C

As fibras de carbono derivadas de rayon embora apresentem propriedades

mecânicas inferiores às obtidas com fibras de carbono derivadas de PAN e piche,

têm seu uso continuado devido ao baixo custo (CLÁUDIO NETO e PARDINI,

2006).

3.1.3 Piche

O piche é um subproduto do refino do petróleo ou da destilação do

alcatrão de hulha. As fibras de carbono obtidas a partir destes precursores são

oriundas de estruturas aromáticas altamente condensadas e de alta

estabilidade térmica.

Figura 3.1.3.1:Esquema do processo de fiação por fusão

Fonte: (NETO e PARDINI, 2006, pág. 76)

33

No entanto, a estrutura química do piche é complexa. Em comparação, o

piche do alcatrão de hulha contém alta aromaticidade, já o de petróleo é de

estrutura com mais ramos alifáticos.

Para se obter fibras de carbono a partir do piche, alguns requisitos devem

ser atendidos antes da fiação como (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006):

• No piche não deve conter insolúveis para não interferirem no processo e

nem nas propriedades da fibra

• Na fiação, não se deve polimerizar-se e nem gerar voláteis podendo

comprometer a viscosidade

• A mesofase deve orientar as cadeias moleculares durante a fiação

• A Tm e a Tg devem ser elevados para permitirem uma rápida estabilização

• Na fiação a fibra deve ficar reativa para então poder seguir para a etapa de

estabilização

Figura 3.1.3.2: Diagrama básico do processo de obtenção da fibra de carbono via piche


Segundo (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006, pág 77), o processo de estabilização é realizado em presença de ar, em períodos entre 2 e 3 horas e em temperaturas por volta de 250 °C. Durante o processo você pode controlar internamente sua morfologia, textura e externamente sua superfície e, no estiramento, seu alinhamento. Uma vantagem do piche é que pode se mudar sua seção transversal, somente alterando o capilar na extrusão. Sua carbonização ocorre por volta dos 1000 °C e de 1200 até 3000 °C, dependendo das propriedades exigidas.

34

Devido a sua inferior resistência mecânica frente aos demais precursores, a

fibra de carbono via piche é indicada para aplicações termoestruturais pois esta

tem baixa resistividade elétrica e alta condutividade térmica.

Figura 3.1.3.3: Resistência à tração e módulo de Young de fibras de carbono obtidas de

precursor piche em função da temperatura de tratamento térmico

Fonte: (CLÁUDIO NETO e PARDINI, 2006, pág.71, apud Donnet -1998).

3.2 Classificação das Fibras de Carbono

Uma grande variedade de fibras de carbono pode ser obtida a partir de

diversos precursores, parâmetros de processamento e de tratamentos superficiais.

Já os precursores mais usuais são: a poliacrilonitrila (PAN), o piche e o alcatrão de

hulha e a viscose (rayon). As fibras de carbono podem ser classificadas quanto ao

módulo de elasticidade, à resistência e quanto à temperatura de tratamento

térmico final.

35

Considerando o módulo de elasticidade, podemos agrupar as fibras de

carbono em quatro tipos (MAGALHÃES, A. G. et al, 2007).

• Ultra-alto módulo : fibras com módulo de elasticidade maior que 500 GPa.

• Alto módulo : fibras com módulo de elasticidade entre 300 -500 GPa.

• Módulo intermediário (IM): fibras com módulo de elasticidade de até 300

GPa.

• Baixo módulo (LM): fibras com módulo de elasticidade menor que 100 GPa,

tendo baixo valor de resistência à tração.

Considerando a resistência à tração, as fibras de carbono são classificadas

em dois tipos:

• Ultra-alta resistência : fibras com resistência à tração maior que 5,0 GPa

• Alta resistência : fibras com resistência à tração maior que 2,5 GPa

Considerando a temperatura de tratamento térmico final, as fibras de

carbono podem ser classificadas em três tipos:

• Tipo I: temperatura de tratamento térmico final acima de 2000 °C, sendo a

associada com fibras de alto módulo de elasticidade.

• Tipo lI: temperatura de tratamento térmico final ao redor de 1500 °C, sendo

associada com fibras de alta resistência.

• Tipo III: fibras com tratamento térmico final menor que 1000 °C, sendo

fibras de baixo módulo e baixa resistência.

36

O processo de pirólise consiste basicamente no tratamento térmico do

precursor que remove oxigênio, nitrogênio e hidrogênio dando origem às fibras

de carbono. Todas as pesquisas direcionadas à obtenção de fibras de carbono

estabelecem que as propriedades mecânicas são melhoradas pelo aumento da

cristalinidade e orientação, e pela redução dos defeitos na fibra (CLÁUDIO

NETO e PARDINI, 2006). O único meio de se alcançar esse objetivo é partir de

um precursor altamente orientado e manter essa alta orientação inicial durante

o processo de estabilização e carbonização sob estiramento.

Precursores Perda de Peso (%)

PAN 60PANox 38Piche 30Rayon 88 Tabela 3.2.1: Perda de Peso dos precursores a 100 °C

Fonte (CHUNG, 1994, pág. 108). Adaptado pelo autor.

3.3 Tratamentos Superficiais

O tratamento superficial de fibras de carbono tem como objetivo principal

melhorar a adesão fibra/matriz, sendo uma das etapas mais importantes do

processo de fabricação das fibras. Eles podem ser divididos em tratamentos

oxidativos e não-oxidativos. Os tratamentos oxidativos, por sua vez, podem ser

agrupados em oxidação em fase gasosa e oxidação em fase líquida. Em ambos os

casos, ocorrem incorporação de grupos funcionais, à estrutura da superfície da

fibra de carbono e alteração da morfologia da fibra, devido à criação de rugosidade

superficial. Os processos não-oxidativos se caracterizam pela incorporação física

de um recobrimento à superfície da fibra, tanto para aumentar a rugosidade

superficial, como no caso da whiskerização, como para adicionar um recobrimento

superficial para reduzir tensões na interface fibra/matriz. Esse último caso é

particularmente importante em compósitos com matriz cerâmica (CLÁUDIO NETO

e PARDINI, 2006).

37

Figura 3.3.1: Resumo do processo de tratamentos superficiais nas fibras de carbono


Já a encimagem em por finalidade tanto proteger as fibras para processos

subseqüentes, como por exemplo tecelagem, quanto proporcionar uma camada

superficial, na interface, compatível com a matriz polimérica a ser utilizada na

manufatura do compósito. Essa encimagem pode ser preparada pela utilização de

filmes polímeros termoplásticos e termorrígidos.

Figura 3.3.2: Esquema dos constituintes básicos de um compósito

Fonte: (BURAKOWSKI e REZENDE, 2001, pág. 51, apud CAHN, 1993).

38

4. Propriedades Mecânicas e Termomecânicas

Existem vários tipos de ensaios para caracterizar as propriedades

mecânicas de um polímero. Eles podem ser estáticos, dinâmicos, destrutivos,

não-destrutivos, de curta duração, de longa duração, etc. As solicitações

podem ocorrer na forma de tensão ou de deformação. Grande parte dos

ensaios mecânicos pode ser registrada por meio de curvas de tensão vs. deformação.

4.1 Resistência à Tração

As tensões em qualquer região da curva são calculadas utilizando-se a

razão entre a carga ou força e a área de seção transversal do corpo de prova.

Segundo (CANEVAROLO, 2002), a tensão é definida como nominal quando a

área utilizada para o cálculo da tensão é a inicial (Ao). Por outro lado, a tensão

é definida como real se a área utilizada no cálculo for a área obtida no instante

do registro da carga, ou seja, instantânea (A).

As deformações no escoamento e na ruptura definem o poder de

escoamento das moléculas poliméricas durante o estiramento. A deformação é

calculada a partir da relação 0llΔ

=ε em que 0lll −=Δ , é o comprimento da

região útil do corpo de prova 1 o no instante a ser medido a deformação e 0l é

o comprimento inicial da região útil. O valor de l pode ser obtido

acompanhando-se o movimento da travessa ou, de forma mais precisa, pelo

uso de extensômetros.

O comportamento mecânico dos polímeros pode ser facilmente

visualizado observando-se a sua curva tensão-deformação. As curvas de

tensão-deformação apresentam aspectos característicos para cada tipo de

39

ensaio. Por exemplo, um polímero apresenta curvas diferentes quando testado

em tração e em compressão, como é o caso do poliestireno (PS), que, sob

tração, apresenta uma curva característica de comportamento frágil, enquanto

que, em compressão, mostra uma curva típica de comportamento dúctil. Esta

diferença de comportamento resulta do fato de que o ensaio de compressão

proporciona a redução de tamanho dos defeitos (falhas, microtrincas) do

processamento enquanto o ensaio de tração acentua estas falhas aumentando

as microtrincas (CANEVAROLO, 2002)

Já conforme a norma (ASTM – D 638 – 01). O ensaio de tração é

definido como um método utilizado na determinação de propriedades de tensão

de plásticos, utilizando corpos de prova sob normas e formas e dimensões

padronizadas, são fixados nas garras da máquina de ensaios que aplica

esforços crescentes na sua direção axial é submetido a um esforço que tende a

esticá-lo até à ruptura. São testados sob condições definidas de pré-

tratamento, temperatura, umidade e velocidade de teste da máquina utilizada.

O teste deve utilizar pelo menos cinco corpos de prova, para cada corrida de

ensaio de tração, no caso de materiais isotrópicos. As propriedades de tensão

podem variar devido a:

• Resistência à tração no escoamento: É a carga por unidade de área da

seção transversal inicial, em um dado momento do teste. É a relação

entre a força no limite de escoamento por unidade de área. Expressa em

MPa ou kgf/mm2.

• Resistência à tração na ruptura: É a máxima tensão suportada pelo

corpo de prova durante o teste. Quando ocorre na quebra, e a relação

entre a força na ruptura pela área do corpo de prova. Expressa em MPa

ou kgf/mm2.

• Deformação máxima na ruptura: É o alongamento ou tenacidade do

corpo de prova determinado através da distância final entre as garras

que prendem o corpo de prova na máquina de ensaio, menos a distância

inicial. É expresso em porcentagem do comprimento original.

40

SímboloIII

DE e F

Gráfico de deformação(π) x Tensão (π) em um teste de tração

Nível de tensão em que o material começa a oferecer resistência adicional ao aumento de carga acarretando

é i d ã dTensão MáximaTensão de Ruptura

C

ALimite de Proporcionalidade, ou seja, tensão máxima

sem que surja deformação plástica.

BLimite de Escoamento, ou seja, tensão necessária

para produzir uma certa deformação arbitrária (0,2%)

Região de Deformação PlásticaRegião de Deformação Elástica

DescriçãoLegenda

Figura 4.1.1: Curva típica de um ensaio de tração

Fonte: Do autor, 2010.

4.2 Resistência à Flexão

O módulo de Young ou módulo de elasticidade,está diretamente

relacionado com a rigidez do polímero, ou seja, quanto maior for o valor do

módulo maior será a rigidez do polímero. Segundo (CANEVAROLO, 2002),

este é obtido pela inclinação da curva a baixas deformações, até 0,2% de

deformação. Existem quatro tipos diferentes de módulos:

• o modulo de Young (E)

• o módulo de cisalhamento (G)

• o módulo em compressão (K)

• o módulo sob flexão

No entanto, conforme a norma (ASTM – D 790 – 00) o ensaio de

resistência à flexão determina as propriedades dos plásticos não reforçados e

reforçados, incluindo compósitos de alto modulo. Este método de ensaio é

geralmente aplicado em materiais rígidos e semi-rígidos. As propriedades de

41

flexão são especialmente úteis para controle de qualidade e especificadas

finalidades.

A técnica de ensaio consiste em apoiar o corpo de prova sob normas e

formas e dimensões padronizadas em duas vigas, de forma que ela fique

distanciada a um comprimento centralizada e aplicar lentamente uma força de

flexão no ponto central do corpo de prova. Conforme (NETO e PARDINI, 2006),

o módulo de elasticidade é medido pela razão entre a tensão aplicada e a

deformação resultante, dentro do limite elástico, em que a deformação é

totalmente reversível e proporcional à tensão.

Cada uma das curvas de tensão x deformação, descritas anteriormente,

mostra uma região aproximadamente linear no seu início. Nestas regiões cada

deformação é reversível, após a retirada da carga aplicada, devido ao

realinhamento das cadeias macromoleculares longas e flexíveis.

4.3 Temperatura de Distorção Térmica (HDT)

A temperatura de distorção térmica define a temperatura de aplicação do

material, ou seja, até qual temperatura o material preserva suas propriedades

mecânicas, pois, no ensaio a temperatura é definida quando 5% das fibras

externas do material são deformadas.

Conforme a norma (ASTM – D 648– 01). Este método é aplicado nos

corpos de prova injetados ou prensados, com espessura igual ou superior a

3mm, de materiais que sejam rígidos à temperaturas normais. A amostra é

mergulhada em um banho térmico que permite uma velocidade de

aquecimento igual a 2 ± 0,2°C / min. No qual e aplicada uma carga de 0,45

MPa ou 1,82 MPa, sobre o corpo de prova. O resultado da temperatura do

meio é medida quando o corpo de prova sofre uma distorção igual a 0,25mm.

42

Temperatura de distorção térmica (HDT): é a temperatura que, durante o aquecimento a uma taxa constante de 2 ± 0,2 °C/min, uma barra de secção retangular de espessura de 13 mm e comprimento entre apoios de 100 mm, posicionada de lado e tencionada no centro, deforma em 0,25 mm. A tensão máxima de fibra (S) deve ser de 0,455 MPa (66 psi) ou 1,82 MPa (264 psi). A ASTM 648 normaliza este método.(CANEVAROLO, 2006, pág, 159).

4.4 Temperatura de Amolecimento Vicat

A temperatura de amolecimento Vicat designa a menor temperatura para

o processamento do material. Também podendo ser descrita como a

temperatura na qual uma agulha de seção transversal circular com área igual a

1 mm2 penetra 1 mm de profundidade em um corpo de prova de material

termoplástico; sob carga específica (geralmente 1 Kg) e utilizando uma

velocidade de aquecimento pré-selecionada.

São padronizadas a velocidade de aquecimento de 2 °C por minuto e o

corpo de prova para este ensaio que é o mesmo que para o de temperatura de

distorção térmica, sendo de 127 mm de comprimento, por 12,7 mm de largura e

6,4 mm de espessura.

4.5 Índice de Fluidez

O índice de fluidez está relacionado com a massa molar. Os polímeros

com alta massa molar são mais viscosos, devido ao maior tamanho de suas

cadeias poliméricas. O índice de fluidez indica o comportamento de fusão e

vazão da resina durante os processos de transformação e aplicação. No

ensaio, coloca-se uma quantidade aleatória,mas suficiente, de material no

plastômetro, insere-se a haste e aguarda-se 300 segundos, após isto corta-se

a amostra dentro do intervalo do cutt – off, geralmente de 30 segundos e então

43

pesa-se a amostra. Nota: para conversão de valores, pegar o resultado do

peso de 1 cutt – off e multiplicar por 20, pois a unidade de medida é g/10 min.

4.5 Resistência ao Impacto Izod

Conforme (CANEVAROLO, 2006). O ensaio de impacto consiste em

medir a quantidade de energia absorvida por um tipo de material. A energia

absorvida vem a partir da queda de um peso sobre a amostra ou a energia

potencial de um pêndulo. No teste de impacto Izod à amostra é entalhada e

submetida ao impacto de um pêndulo. O golpe do pendulo é desferido no

mesmo lado do entalhe.

Conforme a norma (ASTM – D 256 – 93). O ensaio de impacto Izod

consiste de um pêndulo que é liberado de uma altura fixa, que oscila para bater

e quebrar uma amostra posicionada no ponto mais baixo da oscilação, e que

continua seu movimento até uma altura máxima medida no final da primeira

oscilação. É feito um entalha no corpo de prova com dimensões controlada,

semelhante a uma trinca. Variações no ângulo da ponta do entalhe permitem

caracterizar quanto o polímero é sensível ao entalhe.

Quanto menor for a energia absorvida, mais frágil será o comportamento

do material. Conforme a norma (ASTM – D 256 – 93). Quando o pendulo atinge

o corpo de prova, podem resultar em 4 tipos diferentes de condições de quebra

do corpo de prova:

• Complete Break - identificado pela letra C, nesse caso o corpo de prova

quebra totalmente, onde a fratura da amostra separa em duas ou mais

peças.

• Hinge Break - identificado pela letra H, nesse caso o corpo de prova vai

quebrar totalmente, porém vai ficar preso apenas pela rebarbar uma

fratura incompleta. Esse efeito é chamado dobradiça.

44

• Partial Break - identificado pela letra P, nesse caso o corpo de prova

sofre uma fratura incompleta que não respondam à definição de uma

dobradiça, mas um intervalo que foi fraturado pelo menos 90% da

distância entre o vértice do entalhe e do lado oposto.

• Non-Break - Identificado por NB, nesse caso o corpo de prova quebra

menos que 90% uma fratura incompleta.

Propriedades dos Compósitos de Polipropileno (PP)

Material Propriedades Mecânicas

HDT Vicat Impacto IZOD PP Natural 72,9 152,1 37 PP GR10 126,5 156,5 39,7 PP GR20 145,3 162 100 PP GR30 150,2 165,2 110,3 * GR = denominação para compósitos com fibra de vidro, do inglês (glass reinforced)

Tabela 4.6.1: Principais propriedades do PP e seus compósitos


45

5. Materiais e Métodos

Foi utilizado neste trabalho o policarbonato SC1220R fabricado pela

Sansung e comprada pela distribuidora Piramidal com MFI = 25,27 g/10 min,

teste realizado num plastômetro de extrusão, modelo MP600 da Tinus Olsen,

com a condição de a 300 °C/2,16kg. As fibras de carbono são da marca Sigrafil

C30S006PUT (fibras longas).

Já no compósito utilizou-se também uma mufla de microondas, modelo

MLS1200HS fabricada pela Pyro, para comprovar a porcentagem de reforço de

fibra de carbono incorporada no policarbonato, para tanto, utilizou-se a

condição de trabalho a 600 °C por 15 minutos.

Para todos os testes foram feitos 5 amostras e tido como resultado a

média entre eles. No entanto, os testes termomecânicos (HDT e Vicat) foram

realizados 6 amostras devido ao equipamento só poder realizar o ensaio em

múltiplos de 3.

No policarbonato e no compósito, foram-se feitos testes de teor de

umidade, este teste foi feito numa balança de umidade, modelo ID50 fabricada

pela Marte Instrumentos, com da balança analítica, modelo AY220 fabricada

pela Shimadzu.

A B C

D E

Figura 5.1: Equipamentos utilizados - Índice de fluidez utilizado (A); Balança de

densidade (B); Balança analítica (C); Mufla de microondas (D); Balança de umidade (E).


46

A B

Figura 5.2: Matéria prima utilizada - Diferentes fibras de carbono utilizadas (A);

Resina de Policarbonato natural em grãos (B).

Propriedades Unidade

Tex -Peso g/m2

Densidade g/cm3

Diâmentro da Fibra μmEncimagem -Quantidade de Encimagem em Peso %Resistência à tração GpaMódulo de Elasticidade GpaElongação %Quantindade de Carbono %Comprimento da Fibra Cortada mmResistividade Elétrica 14

2401,4 - 1,8

> 953

> 95614

33007

1,87

poliuretano34

34

2401,4 - 1,8

71,87

poliuretano

Designação das Fibras de Carbono utilizadas

C30 S006 PUT C30 S003 PUT

3300

mμΩ Tabela 5.1: Principais propriedades das fibras utilizadas

Fonte: Catálogo eletrônico da SGL Group. Disponível no site:

http://www.sglgroup.com/cms/international/products. Adaptação do autor, 2010.

5.1 Preparação dos Corpos de Prova

Para analisar as propriedades mecânicas e termomecânicas do

policarbonato e o compósito com fibra de carbono, foram preparados os corpos

de prova, de acordo com a norma ASTM (American Society for Testing and

Materials).

Todas as amostras foram confeccionadas no laboratório da empresa “X”.

Na figura 5.1.1, são apresentados os corpos de prova.

47

Figura 5.3: Materiais para a injeção – Resina virgem e seu compósito,já extrudado

(A); Corpos de prova injetados a aprtir do compósito em grãos (B).


Os corpos de prova foram preparados em uma injetora Romi, marca

Primax 65R controlmaster 8, usando moldes ASTM intercambiáveis,

pertencente à empresa “X”.

Figura 5.1.2: Injetora Romi, marca Primax 65R Controlmaster 8.


5.2 Ensaios Mecânicos de Resistência à Tração e à Flexão

Os ensaios mecânicos de resistência à tração, foram feitos de acordo

com a norma (ASTM – D 638 – 01) e de resistência à flexão, de acordo com a

norma (ASTM – D 790 – 00), foram realizados após 48 horas de estabilização,

utilizando-se a máquina de testes Emic linha DL com célula de carga Z500,

48

pertencente à empresa “X”. Na Figura 5.2.1 é apresentada a máquina de testes

Emic.

Figura 5.2.1: Máquina de testes Emic linha DL com célula de carga Z500.


5.3 Ensaio de Resistência à Temperatura de Distorção Térmica e Temperatura de Amolecimento Vicat

O ensaio de resistência à temperatura de distorção térmica foi feito de

acordo com a norma (ASTM – D 648 – 01) e de amolecimento Vicat de acordo

com a norma (ASTM – D 1525 – 01). Foram realizados após 24 horas da

injeção dos corpos de prova, utilizando-se a máquina de testes Tinius Olsen

modelo 603 HDTM, pertencente a empresa “X”. Na Figura 5.3.1, esta

representada a máquina de teste Tinius Olsen modelo 603 HDTM. O método

de ensaio foi com uma carga constante de 1,82 MPa e velocidade de

aquecimento de 2 °C por minuto.

Figura 5.3.1:Máquina de testes Tinius Olsen modelo 603 HDTM.


49

5.4 Ensaio de Resistência ao Impacto Izod

O ensaio de resistência ao impacto Izod foram feitos de acordo com a

norma (ASTM – D 256 – 93). Foram realizados após 24 horas da injeção dos

corpos de prova. Foram testados, utilizando-se a máquina de testes Tinius

Olsen modelo 104 – IT 504, pertencente à empresa “X”. Na Figura 4.4.1, está

representada a máquina de testes Tinius Olsen,modelo 104 – IT 504.

Figura 5.4.1: Máquina de testes Tinius Olsen modelo 104 – IT 504.


50

5. Resultados e Discussões

5.1 Testes Físicos

Os testes físicos propriamente ditos englobam: o teste de índice de

fluidez, o índice de umidade, a massa específica (densidade) e, no caso do

compósito, o teor de carga.

5.1.1 Índice de Fluidez

Fluidez em suma é a capacidade do material transcorrer, muito

relacionado com seu peso molecular e também o comprimento de sua cadeia.

O índice de fluidez é um teste para verificar o quanto em peso de material

passa por uma matriz. Este teste designa bem, de acordo com o resultado, o

tipo de processo que a matéria prima é ideal. Por exemplo em processos de

extrusão, necessita-se de materiais menos fluidos com uma fluidez de no

máximo 3 g / 10min, já para injeção deve ser o mais fluido possível.

Como já dito, este teste foi feito num plastômetro de extrusão, modelo

MP600 da Tinus Olsen, com a condição de a 300 °C/2,16kg. Para

comparação,segue o gráfico 5.1.1.

51

Índice de Fluidez

25,825,1

26,5

24,925,7

17,53 17,23 17,13 17,7117,34

15

17

19

21

23

25

27

29

0 1 2 3 4 5 6

Número dos corpos de prova

g / 1

0 m

in

Resina - MFI Compósito - MFI

Gráfico 5.1.1.1: Índice de fluidez do policarbonato e seu compósito.


Como verificado o reforço de fibras de carbono, diminuiu sua fluidez,

devido ao possível fato de que as fibras tendem a dificultar a passagem de um

fluido, no caso, o do policarbonato. Esta redução foi do patamar de 32 %,

sendo considerável esta mudança física. Mesmo assim, material ainda é viável

para injeção, aplicação esta inicial para o desenvolvimento do produto.

5.1.2 Índice de Umidade

O teste de teor de umidade, simplesmente é a porcentagem de água

numa determinada porção do material em peso. Este fator é muito importante

para o processo de fabricação que com essa porcentagem alta acarreta em

mais defeitos no produto. O melhor seria ter a umidade o mínimo possível

dentro do limite máximo de 0,02 %.

Como já dito, este teste foi feito numa balança de umidade, modelo ID50

fabricada pela Marte Instrumentos.. Para comparação,segue o gráfico 5.2.1.

52

Índice de Umidade

0,11

0,15

0,130,15

0,12

0,210,23

0,25

0,220,22

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0,2

0,22

0,24

0,26

0,28

0,3

0 1 2 3 4 5 6


%

Resina - Umidade Compósito - Umidade

Gráfico 5.1.2.1: Índice de Umidade do policarbonato e seu compósito.


Como observado, a incorporação da fibra acarretou numa maior

permeabilidade do material à água, possivelmente devido aos interstícios entre

a fibra e a matriz, criados durante o seu processamento. Este aumento de

higrospicidade foi de aproximadamente de 71 % em média. No entanto, este

valor alto (em média 0,22%) está no limite do aceitável para o processamento.

No caso deste compósito, por haver uma higrospicidade superficial, há a

necessidade de ter cuidados especiais quanto ao seu armazenamento, como:

armazená-lo em lugar arejado, longe de materiais úmidos, etc.

5.1.3 Densidade e Teor de Carga

A densidade do material é simplesmente o fator de quanto em massa o

material possui por uma determinada unidade de volume que ele ocupa. Isso

nos mostra o quanto o material é compacto, pesado. Este fator é muito crítico

em produtos que se requer diminuição de peso, que é na maior parte, a

finalidade do compósito. Já o teor de carga, nos mostra o quanto de

porcentagem, em peso, de material inorgânico restou do compósito após a

53

volatização da resina (policarbonato). Esta quantidade de inorgânico se refere

às fibras de carbono.

Como já dito, o teste foi feito numa balança de densidade GEHAKA,

modelo DSL900. e o teste de teor de carga numa mufla de microondas, modelo

MLS1200HS fabricada pela Pyro. Para comparação,segue os gráficos 5.3.1 e

5.3.2.

Densidade

1,2011,202 1,2011,200

1,198

1,2351,2361,2341,2361,234

1,195

1,2

1,205

1,21

1,215

1,22

1,225

1,23

1,235

1,24

0 1 2 3 4 5 6


g / c

m 3

Resina - Densidade Compósito - Densidade

Gráfico 5.1.3.1: Densidade do policarbonato e seu compósito.


Propriedades Físicas

32,15

31,87 31,8931,78

31,88

30

31

32

33

1 2 3 4 5


%

Teor de Carga

Gráfico 5.1.3.2: Teor de carga no compósito.


54

Como observado, a incorporação da fibra acarretou numa maior massa

específica do material, pois a densidade do policarbonato é em média 1,2 e da

fibra de carbono 1,8 g/cm3. Porém, este aumento de quase 3% é muito

pequeno visto que a diferença nas densidades é da ordem de 30%. Já com o

teor de carga foi verificado um percentual de em média de 31,9%, sendo que a

variação em processo para incorporação de fibras é usualmente de 2%. Logo,

o material está dentro das especificações. Fazendo uma rápida analogia, e

ponderando agora o percentual da fibra e da matriz considerando a quantidade

constituinte, teremos uma densidade aparente de 1,38 g/cm3. sendo assim,o

compósito excede as expectativas teóricas quanto à sua densidade e,

satisfatoriamente segue dentro dos parâmetros de teor de carga pré-

estabelecidos (30%).

5.2 Propriedades Mecânicas

5.2.1 Propriedades de Tração.

As propriedades em questão, são a resistência à tração no escoamento

e ruptura e a deformação específica e na ruptura. Estas propriedades mostram

o quanto o material suporta em carga de tração antes de se deformar

permanentemente e o quanto ainda suporta em zona plástica até sal ruptura,

ainda também o teste explicita o quanto o material se deforma nestas duas

zonas, da elástica para a plástica e da plástica para a ruptura.

Como visto anteriormente, o teste de tração foi feito numa máquina de

ensaios universal Emic linha DL com célula de carga Z500. A condição do teste

foi de 50mm/min. Segue abaixo, os gráficos pertencentes às tensões e às

deformações, respectivamente.

55

Propriedades de Tração

87,79

82,780,52

73,61

88,77

82,1979,98

73,61

88,2187,19

70

73

76

79

82

85

88

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Número de corpos de prova

MPa

Tensão No Escoamento Tensão na Ruptura

Gráfico 5.2.1.1: Tensões provenientes do teste de tração


Propriedades de Tração

17,07

18,91

16,41

18,57

18,1

17,02

18,86

16,41

18,52

18,07

16

16,5

17

17,5

18

18,5

19

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5


%

Deformação Específica Deformação na Ruptura

Gráfico 5.2.1.2: Deformações provenientes do teste de tração.


Analisando os dados e fazendo um comparativo com os dados técnicos

da resina, pode-se somente relacionar a resistência a tração, na qual a resina

em si, adotada de um valor de 62,7 MPa e o compósito em média 82 MPa,

observa-se que com a incorporação da fibra, deixa-se o material mais rígido,

em geral o ganho foi da ordem de 23%, conseqüentemente a deformação

deve-se seguir o inverso, pois o material sendo menos tenaz e mais rígido, ele

adotará uma postura de menos deformação em ambas as áreas.

56

5.2.2 Propriedades de Flexão

As propriedades em questão, são a resistência à flexão e o módulo de

elasticidade. Estas propriedades mostram o quanto o material suporta em

carga de flexão antes de se deformar permanentemente e o quanto ainda

suporta antes de flexioná-lo.

Como visto anteriormente no teste de tração, o de flexão foi feito numa

máquina de ensaios universal Emic linha DL com célula de carga Z500. A

condição do teste foi de 1,2 mm/min. Segue abaixo, os gráficos pertencentes à

resistência a flexão e o modulo de elasticidade. respectivamente.

Propriedades Mecânicas de Flexão

182,54 177,59172,27 175,85

180,11

82,776,52 79,13 75,81 80,55

50

70

90

110

130

150

170

190

0 1 2 3 4 5Número de corpos de prova

MPa

Resistência à Flexão Tensão no Alongamento

Gráfico 5.2.2.1: Resistência a Flexão.


57

Propriedades Mecâncias de Flexão

8403

8560

8722

8497

83588300

8400

8500

8600

8700

8800

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5


Módulo de Elasticidade

Gráfico 5.2.2.2: Módulo de Elasticidade.


Analisando os dados e fazendo um comparativo com os dados técnicos

da resina, pôde-se relacionar a resistência à flexão e o módulo de elasticidade.

A resina obteve-se um valor de 90,3 e 2280 MPa, respectivamente.

Relacionando somente estes valores,percebemos que o policarbonato é um

material dúctil e pouco rígido, devido aos baixos valores em ambos. Já com os

valores do compósito chega-se a uma média de aproximadamente 178 e de

8510 MPa, respectivamente. Agora se pode perceber o quanto o material se

tornou rígido principalmente o módulo de elasticidade com um ganho de 73% e

na sua resistência à flexão de 50%. Assim, material se tornou mais rígido ainda

em esforços do tipo flexão do que do tipo tração, percebendo pelo ganho

desproporcional na flexão do que na tração.

58

5.2.3 Propriedades de Impacto

O teste de impacto é simplesmente um ensaio no qual se pode

mensurar o quanto um material suporta sob carga de choque. Para alguns

materiais faz-se necessário o uso até de entalhes para se concentrar os

esforços e assim, poder romper o corpo de prova.

O ensaio em questão foi feito a partir de 5 corpos de prova com o

entalhamento em “V” com uma profundidade de 3,2 mm. Para mais detalhes

segue gráfico abaixo.

Propriedades de Impacto

48,55

50,18

47,4847,49

49,24

47

48

49

50

51

0 1 2 3 4 5 6


J / m

Impacto Izod

Gráfico 5.2.3.1: Resistência ao Impacto Izod.


Nota-se pelo resultado do gráfico que o valor do impacto caiu

drasticamente, tornando o material muito frágil, também pela presença das

fibras de carbono. O entalhamento teve este valor devido à ficha de produto da

resina ter esta condição de entalhamento, possibilitando a comparação. No

caso, o material virgem tem uma resistência ao impacto Izod de 740 J/ m, já o

compósito, cerca de 48 J / m em média, havendo uma drástica redução de

praticamente 93%. Há também o fator que o policarbonato, como já dito antes,

é o material mais tenaz nos plásticos de engenharia, assim., qualquer inserção

de outro material, reduziria muito sua resistência ao impacto.

59

5.3 Propriedades termomecânicas

5.3.1 Temperatura de Distorção térmica e de Amolecimento Vicat.

A temperatura de distorção térmica define a temperatura de aplicação do

material, ou seja, até qual temperatura o material preserva suas propriedades

mecânicas, pois, no ensaio a temperatura é definida quando 5% das fibras

externas do material são deformadas, conforme a norma (ASTM – D 648– 01).

A temperatura de amolecimento Vicat designa a menor temperatura para

o processamento do material. Fator chave para a melhorai no processo

conhecendo a temperatura mínima de processamento, assim reduziria tempos

de try-out e economia em energia na máquina.

As condições para estes 2 ensaio foram: no teste de HDT foi

padronizado a condição de 1,82 MPa, com um peso de 1,177 g e com taxa de

aquecimento de 2 °C por minuto, já o Vicat foi padronizado com a condição de

10 KN, com um peso de 924 g e mesma taxa de aquecimento.

Segue gráfico abaixo, demonstrando os valores obtidos nestes dois

ensaios. Ressalva-se que estes dois testes são feitos na mesma máquina,

simultaneamente, numa mesma partida de ensaio.

Propriedades Termomecâncias

127,8126,1

130,4130,7129,0128,2

147,3144,2

145,9

149,7149,8

145,7

125,0

130,0

135,0

140,0

145,0

150,0

0 1 2 3 4 5 6 7


° C

HDT Vicat Gráfico 5.3.1.1: Resultados das propriedades termomecânicas do compósito.


60

6.1 Considerações Finais

Diante dos estudos realizados até aqui, podemos identificar diversas

vantagens que esta incorporação, fibra de carbono no policarbonato, trouxe.

Alem de se tratar agora de uma material totalmente diferente dos dois em

questão. Não só restringindo as propriedades intrínsecas de cada um. Nota-se

que este material se tornou muito rígido excepcionalmente em cargas do tipo

flexão, no entanto, sua resistência ao impacto caiu drasticamente, fato já

esperado com a inserção do reforço. Quanto às suas propriedades físicas,

observa-se claramente a redução no seu índice de fluidez devido também as

fibras e o índice de umidade foi maior no compósito por se tratar de um

material com interstícios provenientes da homogeneização dos constituintes do

compósito. Quanto às propriedades termomecânicas vemos um pequeno

aumento na temperatura de distorção térmica (única a poder-se relacionar os

dados, devido às informações da ficha de produto) de 4 %. Esta mudança foi

ligeiramente maior pois o policarbonato já possui um alto valor de HDT, assim

sua melhoria tornou-se pequena, frente às demais mudanças no compósito.

Outros fatores também podem variar as propriedades alcançadas de

modo que se consiga maximizar seu desempenho para uma determinada

aplicação, assim podemos ter uma ampla gama de possibilidades frente aos

diversos tipos de policarbonatos e aos diversos tipos de fibras de carbono.

Assim, estes resultados são relevantes e verossímeis quanto à resina e à fibra

utilizada.

Vale lembrar que outros fatores não mencionados devido ao conteúdo

ser de caráter de caracterização, como parâmetros de processamento da

extrusão do compósito e, paramentos de injeção dos corpos de prova. Como

também fatores ambientais como temperatura do ambiente onde se realizou os

teste tal como a umidade relativa do ar.

61

7.1 Referências

ASTM – D 256 – 93, American Society for Testing and Materials: Standard Test

Methods for IZOD and Charpy Impacts of Unreinforced and Reinforced Plastics

and Electrical Insulating Materials, 1993.

ASTM-D638-01, American Society for Testing and Materials: Standard Test

Method for Tensile Properties of Plastics, 2001.


Method for Deflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the

Edgewise Position, 2001.


Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and

Electrical Insulating Materials, 2000.

BURAKOWSKI, Liliana; REZENDE, Mirabel C. Revista Polímeros: Ciência e

Tecnologia, vol. 11, nº 2, p. 51-57, 2001.

CAHN, R.W.; et al.Materials science and technology.Vol.13, VCH, Cambridge,

1993.

CALLISTER, William D. Jr. Fundamentos da Ciência e Engenharia de

Materiais. 2ª edição. Rio de Janeiro. Editora LTC, 2005.

CANEVAROLO Jr., S. V. Ciência dos Polímeros. 1a edição. São Paulo: Artliber

------ Ciência dos Polímeros. 2a edição. São Paulo: Artliber Editora Ltda, 2006.

Catálogo de Produtos – Fibras de Carbono. SGL Group. 2008. Disponível em:

<http://www.sglgroup.com/cms/international/products>. Data de acesso:

62

2/11/10.

CHUNG, D. L. Deborah. Carbon Fiber Composites. 1ª edição. Ed. Butterworth-

Heinemann. Mayne, 1994.

DONNET, J. B. Carbon Fibers. 3rd edition. Marcell – Dekker, Inc, 1998.

DUROLON, Catálogo do fabricante, Policarbonatos do Brasil S/A, Salvador, 1985. Editora Ltda, 2002.

KROSCHWITZ, J. I. High Performance Polymers and Composites. New York,

1991

LUBIN, G. Handbook of Composites. Nova York: Ed. Van Nostrand

Reinhold,1969.

--- Handbook of Composites. Nova York: Ed. Van Nostrand Reinhold,1982.

MAGALHÃES, A. G. et al. Materiais Compósitos – Materiais, Fabrico e

Comportamento Mecânico. 1ª edição. São Paulo. Ed. Publindústria, 2007

MELO, N. S. Comportamento Mecânico do Policarbonato Exposto à Radiação

Gama. Dissertação de mestrado. Ciência dos Materiais do Instituto Militar de

Engenharia. Rio de Janeiro, 2004.

PARDINI, Luiz Cláudio; NETO, Flamínio Levy. Compósitos Estruturais –

Ciência e Tecnologia. 1ª edição. São Paulo. Ed. Edgard Bluncher, 2006.

WIEBECK H., HARADA, J. Plásticos de Engenharia: Tecnologia e Aplicações.

1ª edição. São Paulo. Ed Artliber, 2005.

WIEBECK H., HARADA, J. Plásticos de Engenharia: Tecnologia e Aplicações.

1ª edição. São Paulo. Ed Artliber, 2005.

63

ANEXO I – Ficha de propriedades do Policarbonato

64

ANEXO II – Tabelas Referentes aos ensaios realizados

As tabelas abaixo relacionadas foram feitas pelo autor do trabalho,

neste mesmo ano e foram utilizadas para facilitarem a construção dos gráficos

aqui discorridos.

• Propriedades de Tração

1 88,77 88,21 17,07 17,02 519,982 87,79 87,19 18,91 18,86 464,243 73,61 73,61 16,41 16,41 448,654 80,52 79,98 18,57 18,52 433,625 82,7 82,19 18,1 18,07 456,79

Média 82,68 82,24 17,81 17,78 464,66Desvio Padrão 5,48 5,29 0,94 0,92 29,47

Módulo Elástico (Mpa)

Número do corpo de prova

Propriedades Mecânicas de Tração no Compósito

Tensão no Escoamento (Mpa)

Tensão na Ruptura (Mpa)

Deformação Específica (%)

Deformação na Ruptura (%)

• Propriedades de Flexão

1 182,54 8403 76,52 83292 172,27 8560 82,7 83303 177,59 8722 79,13 85014 180,11 8358 75,81 81285 175,85 8497 80,55 8255

Média 177,67 8508,00 78,94 8308,60Desvio Padrão 3,53 128,18 2,55 121,15

Tensão no Alongamento (Mpa)

Módulo de Elasticidade a 1% (Mpa)

Propriedades Mecânicas de Flexão no Compósito


Resistência à Flexão (Mpa)

Módulo de Elasticidade (Mpa)

65

• Propriedades de Impacto Izod

1 50,182 47,483 49,244 48,555 47,49

Média 48,59Desvio Padrão 1,04


Izod

Propriedades Mecânicas de Impacto no Compósito

• Propriedades Termomecânicas

1 128,2 145,72 129,0 149,83 130,7 149,74 130,4 145,95 126,1 144,26 127,8 147,3

Média 128,70 147,10Desvio Padrão 1,57 2,08

Número do corpo de prova HDT Vicat

Propriedades Termomecânicas do Compósito

• Propriedades Físicas

1 25,7 0,12 1,201 17,53 0,22 32,15 1,2342 24,9 0,15 1,202 17,23 0,22 31,87 1,2363 26,5 0,13 1,198 17,13 0,25 31,89 1,234

4 25,1 0,15 1,200 17,34 0,23 31,78 1,2365 25,8 0,11 1,201 17,71 0,21 31,88 1,235

Média 25,600 0,132 1,200 17,388 0,226 31,914 1,235Desvio Padrão 0,566 0,016 0,001 0,209 0,014 0,124 0,001

Propriedades Físicas da resina e do Compósito

MFI (g/10min) Teor de Umidade (%)

Teor de Carga (%)


Número do

corpo de prova

Resina virgemDensidade (g/10cm3)

CompósitoDensidade (g/10cm3)

ANEXO II – Tabelas Referentes aos ensaios realizados

As tabelas abaixo relacionadas foram feitas pelo autor do trabalho, neste

mesmo ano e foram utilizadas para facilitarem a construção dos gráficos aqui

discorridos.

• Propriedades de Tração

1 88,77 88,21 17,07 17,02 519,982 87,79 87,19 18,91 18,86 464,243 73,61 73,61 16,41 16,41 448,654 80,52 79,98 18,57 18,52 433,625 82,7 82,19 18,1 18,07 456,79

Média 82,68 82,24 17,81 17,78 464,66Desvio Padrão 5,48 5,29 0,94 0,92 29,47

Módulo Elástico (Mpa)


Propriedades Mecânicas de Tração no Compósito

Tensão no Escoamento (Mpa)

Tensão na Ruptura (Mpa)

Deformação Específica (%)

Deformação na Ruptura (%)

• Propriedades de Flexão

1 182,54 8403 76,52 83292 172,27 8560 82,7 83303 177,59 8722 79,13 85014 180,11 8358 75,81 81285 175,85 8497 80,55 8255

Média 177,67 8508,00 78,94 8308,60Desvio Padrão 3,53 128,18 2,55 121,15

Tensão no Alongamento (Mpa)

Módulo de Elasticidade a 1% (Mpa)

Propriedades Mecânicas de Flexão no Compósito


Resistência à Flexão (Mpa)

Módulo de Elasticidade (Mpa)

• Propriedades de Impacto Izod

1 50,182 47,483 49,244 48,555 47,49

Média 48,59Desvio Padrão 1,04


Izod

Propriedades Mecânicas de Impacto no Compósito

• Propriedades Termomecânicas

1 128,2 145,72 129,0 149,83 130,7 149,74 130,4 145,95 126,1 144,26 127,8 147,3

Média 128,70 147,10Desvio Padrão 1,57 2,08

Número do corpo de prova HDT Vicat

Propriedades Termomecânicas do Compósito

• Propriedades Físicas

1 25,7 0,12 1,201 17,53 0,22 32,15 1,2342 24,9 0,15 1,202 17,23 0,22 31,87 1,2363 26,5 0,13 1,198 17,13 0,25 31,89 1,234

4 25,1 0,15 1,200 17,34 0,23 31,78 1,2365 25,8 0,11 1,201 17,71 0,21 31,88 1,235

Média 25,600 0,132 1,200 17,388 0,226 31,914 1,235Desvio Padrão 0,566 0,016 0,001 0,209 0,014 0,124 0,001

Propriedades Físicas da resina e do Compósito


Teor de Carga (%)


Número do

corpo de prova

Resina virgemDensidade (g/10cm3)

CompósitoDensidade (g/10cm3)

Tcc-104 Fibras Carbono

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