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Análise do comportamento sobre impacto de compósitos de fibra de vidro-epóxi aditivados com agente de reparo

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Silva Júnior, Francisco de Assis da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63062
Resumo: Polymeric glass-epoxy composites are widely recognized for their versatility, primarily due to their outstanding mechanical properties. However, when subjected to loads, service conditions, and environmental factors, they may develop microcracks that compromise these properties. The literature suggests that the addition of a thermally activated self-healing thermoplastic, such as polyethylene-co-methacrylic acid (EMAA), can help extend the service life of these laminates. It is worth considering the replacement of conventional glass fiberepoxy composites with thermoset matrices by self-healing composites, especially in conditions where they demonstrate superior practical performance. Thus, with the aim of contributing to academic research, this study analyzed the influence of EMAA in glass-epoxy prepreg laminates, investigating interlaminar shear strength (ILSS), damage propagation under low-velocity impact (drop-weight type), and post-impact ILSS, comparing the mechanical properties at 0% and 10% of the self-healing agent. The tests were conducted according to ASTM D 2344M (2022) and ISO 14130 (1997) standards for ILSS, and ASTM D 7136 (2020) for dropweight impact. Experimental results indicated that ILSS strength in samples with the self-healing agent remained practically unchanged, showing a reduction of only 3.6%, with a strength of (26.57 ± 0.37) MPa. Regarding the damage data, the samples without EMAA exhibited significant degradation of mechanical properties, with a 52.4% reduction in shear strength after 20 impacts, along with considerable damage propagation, reaching a delamination area of 1495 mm². In contrast, the samples with the self-healing agent showed better performance, with only a 26.2% reduction in shear strength, even after multiple impact cycles. The delamination area was drastically smaller, with values of 309 mm² after repair. The normalization analyses of residual strength indicated that the samples repaired with EMAA retained about 77% of the original strength, while the samples without the agent exhibited pronounced degradation. These results confirm that EMAA showed to be effective in limiting damage propagation and restoring some of the mechanical properties of fiberglass laminates.
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Thus, with the aim of contributing to academic research, this study analyzed the influence of EMAA in glass-epoxy prepreg laminates, investigating interlaminar shear strength (ILSS), damage propagation under low-velocity impact (drop-weight type), and post-impact ILSS, comparing the mechanical properties at 0% and 10% of the self-healing agent. The tests were conducted according to ASTM D 2344M (2022) and ISO 14130 (1997) standards for ILSS, and ASTM D 7136 (2020) for dropweight impact. Experimental results indicated that ILSS strength in samples with the self-healing agent remained practically unchanged, showing a reduction of only 3.6%, with a strength of (26.57 ± 0.37) MPa. Regarding the damage data, the samples without EMAA exhibited significant degradation of mechanical properties, with a 52.4% reduction in shear strength after 20 impacts, along with considerable damage propagation, reaching a delamination area of 1495 mm². In contrast, the samples with the self-healing agent showed better performance, with only a 26.2% reduction in shear strength, even after multiple impact cycles. The delamination area was drastically smaller, with values of 309 mm² after repair. The normalization analyses of residual strength indicated that the samples repaired with EMAA retained about 77% of the original strength, while the samples without the agent exhibited pronounced degradation. These results confirm that EMAA showed to be effective in limiting damage propagation and restoring some of the mechanical properties of fiberglass laminates.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqOs compósitos poliméricos de vidro-epóxi são amplamente reconhecidos por sua versatilidade, principalmente devido às suas propriedades mecânicas finais. Contudo, quando expostos a cargas, condições de serviço e fatores ambientais, podem desenvolver microtrincas que afetam essas propriedades. A literatura sugere que a adição de um termoplástico de autorreparo ativado termicamente, como o ácido poli-etileno-co-metacrílico (EMAA), pode ajudar a prolongar a vida útil desses laminados. É ponderável avaliar a substituição de materiais compósitos de fibra de vidro-epóxi com matriz termorrígida convencional pelo compósito com autorreparo, especialmente em condições nas quais ele apresenta desempenho prático superior. A influência do EMAA em laminados de prepreg vidro-epóxi foi analisada neste trabalho, investigando a resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), a propagação de danos sob impacto de baixa velocidade (tipo queda de peso) e ILSS após impacto, comparando as propriedades mecânicas à 0 e 10% do agente de autorreparo. Os testes foram realizados conforme as normas ASTM D 2344M (2022) e ISO 14130 (1997) para ILSS e ASTM D 7136 (2020) para impacto de queda de peso. Os resultados experimentais indicaram que a resistência ao cisalhamento interlaminar das amostras com o autorreparo permaneceu praticamente inalterada, apresentando uma redução de apenas 3,6%, com uma resistência de (26,57 ± 0,37) MPa. Em relação aos dados do dano imposto, as amostras sem EMAA apresentaram uma significativa degradação das propriedades mecânicas, com uma redução de 52,4% na resistência ao cisalhamento após 20 impactos, além de uma considerável propagação do dano, atingindo uma área de delaminação de 1.495 mm². Em contrapartida, as amostras com o agente de autorreparo mantiveram melhor desempenho, com uma redução de apenas 26,2% na resistência ao cisalhamento, mesmo após múltiplos ciclos de impacto. A área de delaminação foi drasticamente menor, com valores de 309 mm² após o reparo. As análises de normalização da resistência residual evidenciaram que as amostras reparadas com EMAA mantiveram cerca de 77% da resistência original, enquanto as amostras sem o agente apresentaram uma degradação acentuada. Esses resultados confirmam que o EMAA mostrou-se eficaz em limitar a propagação do dano e restaurar parte das propriedades mecânicas dos laminados de fibra de vidro.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICAFreire Júnior, Raimundo Carlos Silvériohttps://orcid.org/0000-0003-0920-7916http://lattes.cnpq.br/1042806990155996Barbosa, Ana Paula Cysnehttps://orcid.org/0000-0002-9510-4851http://lattes.cnpq.br/3718650566004689Cioffi, Maria Odila HilárioSilva Júnior, Francisco de Assis da2025-03-18T23:20:44Z2025-03-18T23:20:44Z2024-12-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfSILVA JÚNIOR, Francisco de Assis da. Análise do comportamento sobre impacto de compósitos de fibra de vidro-epóxi aditivados com agente de reparo. Orientador: Dr. Raimundo Carlos Silvério Freire Júnior. 2024. 89f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/63062info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2025-03-18T23:21:22Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/63062Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2025-03-18T23:21:22Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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