AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À FADIGA DE COMPÓSITOS DE FIBRAS DE VIDRO/PPS.

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1 AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À FADIGA DE COMPÓSITOS DE FIBRAS DE VIDRO/PPS. Maria C. M. Faria 1*, Edson C. Botelho 1, Maria O. Cioffi 1, Mirabel C. Rezende 2 1 Departamento de Materiais e Tecnologia, UNESP, São Paulo, Brazil- magalhaesfaria@hotmail; ebotelho@feg.unesp.br; cioffi@feg.unesp.br 2 Divisão de Materiais, Instituto de Aeronáutica e Espaço, CTA, São José dos Campos, São Paulo, Brazil; mirabel@amr.cta.br Fatique Strength Evaluation of Glass Fiber/PPS Composites The aim of this work is to evaluate the fatique strength of glass fiber reinforced PPS composites. The composites laminate, supplied by TenCate Dutch Company, were evaluated by optical microscopy, showing a good infiltration of the polymer and adequate impregnation between reinforcement and polymer matrix. After being processed, these laminates composites were evaluated by using tensile and fatique strength tests. Introdução Atualmente, a variedade de materiais disponíveis para uso em engenharia é extraordinariamente grande, atendendo às mais diversas aplicações do mercado. Dentro desse contexto, os compósitos poliméricos apresentam-se como um caso de reconhecido interesse em materiais não convencionais de engenharia (1-2). A combinação de baixa massa específica com valores elevados de resistência e rigidez, que os compósitos poliméricos avançados proporcionam, permite que essa classe de materiais seja empregada nas indústrias aeronáutica e espacial em substituição aos materiais metálicos tradicionais. Componentes estruturais de aeronaves para fins civil e militar, tais como: flapes, leme, carenagens, empenagens, aileron, tanques de combustível, profundor e cone de cauda, entre outros, que anteriormente eram fabricados em ligas de alumínio, titânio e aços especiais, vem sendo hoje fabricados, na sua grande maioria, em estruturas de compósitos poliméricos avançados (3). Compósitos termoplásticos tais como PPS/fibra de vidro vem sendo amplamente empregados no setor aeroespacial, devido ao melhor desempenho quanto à fadiga, maiores valores de resistência ao impacto e ao fogo, baixa absorção de umidade, temperatura de serviço mais elevada e grande versatilidade na produção em série, exibindo propriedades mecânicas iguais ou superiores às apresentadas pelos compósitos termorrígidos (4). O Polissulfeto de Fenileno (PPS) é um polímero termoplástico, semicristalino, com elevadas temperaturas de transição vítrea (90 C) e de fusão quando comparado a outros termoplásticos. Este polímero consiste em um material de alto custo, porém a estabilidade da estrutura molecular lhe

2 concede características especiais, tais como excelente resistência química e baixa degradação térmica e, quando misturado com fibras de vidro, de carbono ou outros tipos de carga, torna-se um plástico de engenharia de alto desempenho (5-6). Estruturas de compósitos quando em serviço são geralmente submetidas a cargas de fadiga, que causam uma redução gradual nas propriedades mecânicas tais como resistência e dureza. A fadiga em compósitos reforçados com fibras contínuas consiste em um fenômeno muito complexo. Devido à degradação das propriedades mecânicas durante o carregamento cíclico, as tensões são continuamente redistribuídas a estrutura do compósito, portanto, o comportamento em fadiga para esse material ocorre de forma diferente em relação aos materiais metálicos. Em função do que foi exposto este trabalho tem como objetivo contribuir para a avaliação da resistência à fadiga do compósito termoplástico PPS/fibra de vidro. Experimental Material Para a realização deste trabalho foi utilizado o compósito termoplástico PPS reforçado com fibras de vidro, fornecido pela empresa holandesa Ten Cate Advanced Composites. A Tabela 1 apresenta a configuração do material estudado neste trabalho. Tabela 1 - Configuração do compósito PPS/Vidro. Espessura Nominal (mm) 1,92 Tipo de tecido 8HS Construção [(0,90)]4s Dimensões (mm) 480x480 N de Camadas 8 Microscopia Óptica Antes dos testes mecânicos os corpos-de-prova dos laminados de compósitos PPS/fibra de vidro foram analisados utilizando um Microscópio Óptico Nikon, modelo Epiphot 200, no Laboratório de Imagens (LAIMAT), UNESP, Guaratinguetá. Estas análises foram realizadas com o intuito de caracterizar o material em estudo, fornecendo informações sobre o padrão de qualidade do compósito termoplástico antes dos ensaios mecânicos, mostrando a infiltração da matriz nas fibras de reforço, analisando a porosidade, a orientação e compactação das camadas.

3 Ensaios de Resistência à Tração Os corpos-de-prova (cdps) foram confeccionados na Divisão de Materiais do Instituto de Aeronáutica e Espaço CTA, São José dos Campos. Os ensaios de resistência à tração foram realizados em três corpos-de-prova de acordo com a norma ASTM-D 3039 em uma máquina INSTRON, modelo 8801 com célula de carga 10KN, à temperatura ambiente e velocidade de 2 mm/min, no Departamento de Materiais e Tecnologia, UNESP, Guaratinguetá. Ensaios de Resistência à Fadiga Os corpos-de-prova (cdps) foram submetidos a ensaios de resistência à fadiga do tipo traçãotração utilizando-se uma máquina de ensaios universal INSTRON, modelo Cada ensaio foi realizado aplicando-se uma carga máxima diferente que forneceu um determinado número de ciclos. Este ensaio foi baseado na norma ASTM D [2], utilizando uma freqüência de 10 Hz e razão entre as tensões de 0,1. Resultados e Discussão A Figura 1 apresenta a seção transversal dos laminados compósitos termoplásticos PPS reforçados com fibras de vidro analisados por meio de microscopia óptica. A partir destes resultados, pode ser observada uma boa infiltração da matriz polimérica no reforço, e que o processo por compressão à quente utilizado produziu um material compósito adequado, não apresentando vazios ou defeitos que poderiam interferir nos resultados obtidos a partir dos ensaios mecânicos. Figura 1 Imagem obtida por Microscopia Óptica do Compósito PPS reforçado com fibra de vidro.

4 Após a realização dos ensaios de microscopia óptica o laminado foi submetido a testes de resistência à tração e o valor de tensão máxima obtida foi de 346MPa. Este valor encontra-se próximo aos resultados encontrados em literatura (7). A figura 2 apresenta a curva de resistência à fadiga do compósito polimérico PPS reforçado com fibras de vidro. 320 Curva de Resistência à Fadiga Tensão (MPa) n de ciclos (n) Figura 2 Curva de Resistência à Fadiga do Compósito PPS reforçado com fibra de vidro. A partir do gráfico acima, pode-se afirmar que o compósito PPS reforçado com fibras de vidro, sofre fratura por fadiga em baixo número de ciclos, a uma variação de tensão entre 200 e 300 MPa. Isso corresponde a uma vida útil em fadiga de aproximadamente 2x10 5 ciclos. Quando analisado em tensões inferiores a 180 MPa, esse material sofre fratura por fadiga a número de ciclos elevados, superiores a 4x10 5, sendo que em tensões de aproximadamente 150 MPa, o material resiste a mais de 1x10 6 ciclos. Conclusões Os resultados obtidos a partir dos ensaios de resistência à fadiga mostraram que o compósito PPS reforçado com fibras de vidro podem ser utilizados em aplicações que requerem baixo ciclos a tensões entre 200 e 300 MPa e não sofre fratura por fadiga a tensões inferiores a 150 MPa, resistindo a números de ciclos superiores a 1x10 6.

5 Agradecimentos Os autores agradecem à FAPESP (projeto nº 05/ ) e ao CNPq (projeto nº134419/2005-7), pelo suporte financeiro, à TenCate pelo fornecimento dos laminados de compósito PPS reforçados com fibras de vidro, ao técnico João Fernandes do IAE/CTA pelo auxílio no preparo das amostras e ao técnico Manoel F. S. Filho da UNESP - Guaratinguetá pelo auxílio na realização dos ensaios de fadiga. Referências Bibliográficas: 1. J. A. Cunha; M. L. Costa; M. C. Rezende, Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 16, nº3,p , M. C. Rezende; E. C. Botelho, Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.10, nº2, p G. M. Cândido; S. F. M. Almeida; M. C. Rezende, Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol. 10, nº 1, p.31-41, A. Arici; T. Sinmazçelik; L. Çapan Journal of Composite Materials, vol.39, nº1/ L. H. Perng Polymer Degradation and Stability 69 (2000) Z. Khan; S. Al.; J. K. Farooqi Journal of Reinforced Plastics and Composites, vol.17, 1998 p G. M. Newaz, Advances in Thermoplastics Matrix Composites Materials, ASTM, 1916 Race Street, Philadelphia, PA 1913, p.308, 1989.