Estudo da Delaminação em Compósitos de Epóxido Reforçado com Borracha e Fibras Naturais

Nos últimos anos, a utilização dos materiais compósitos tem vindo a tornar-se cada vez mais comum em várias indústrias, onde se verifica uma ascensão na procura pelos mesmos. Características como o baixo peso aliado à sua alta resistência e rigidez permitem que estes materiais possuam diversas aplicações em variadas áreas, desde a medicina, aeronáutica, indústria automóvel e aeroespacial, até à indústria eletrónica. Hoje em dia, o uso de desperdícios sólidos de borracha e fibras naturais na produção de materiais compósitos é, mais que uma opção, uma necessidade ambiental. De forma a reduzir as enormes quantidades de desperdícios, foi criado um material compósito constituído por uma resina termoendurecível reforçada com esses dois tipos de desperdícios. Parâmetros de fabrico como a percentagem de borracha, o tamanho das partículas de borracha, a percentagem de fibras de cana-de-açúcar e o comprimento dessas fibras foram variados, com o objetivo de estudar a influência destes dois materiais nas propriedades mecânicas do compósito. Apesar da maior parte dos compósitos serem fabricados na forma de uma peça funcional quase pronta a ser utilizada, por vezes é necessário recorrer à maquinação de furos. Apesar das muitas técnicas de furação existentes, os defeitos resultantes deste processo aplicado aos materiais compósitos são ainda muito comuns. Desses defeitos o que mais se destaca é sem dúvida a delaminação. Trinta e seis provetes de epóxido reforçado com borracha e fibra de cana-de-açúcar foram fabricados e furados, de modo a possibilitar o estudo das propriedades mecânicas do material compósito, assim como a análise da zona danificada durante a furação. Diferentes condições de furação, como tipos de broca e velocidades de avanço diferentes, foram impostas aos provetes de forma a variar o mais possível a zona de dano de uns furos para os outros. Parâmetros como a área de dano ou ainda o fator de delaminação provam ser muito úteis na caracterização e quantificação do dano na zona periférica de um furo. Recorrendo a técnicas de processamento de imagem foi possível obter esses parâmetros. O processamento e análise de imagem pode ser feito através de vários métodos. O método utilizado neste trabalho foi o software MATLAB® associado a ferramentas de processamento de imagem. Depois de feita a análise dos furos foram realizados ensaios de esmagamento a todos os provetes. Este passo permitiu assim avaliar de que forma os parâmetros de furação influenciam a resistência mecânica do material, e se a avaliação realizada aos furos é um método viável para a avaliação da extensão de dano nesses furos.

In the last years, composite materials have become used more and more in many industries. Low weight, high resistance and rigidity allow the introduction of this materials in various applications. Medicine, aeronautics, automotive industry, aerospacial and electronics are some examples of industries where we can find this highly sought type of materials. Today the utilization of rubber and sugar cane wastes for the production of composite materials is more than an option, is an environmental need. One way that was found in order to reduce the large amount of rubber and sugar cane wastes, was through the concept of this new composite material, made of epoxy resin reinforced with this two different waste materials. Manufacturing parameters such as rubber quantity, rubber particle size, sugar cane fibers quantity and length were changed in order to study the impact of these two materials on the mechanical properties of the composite. In spite of the fact that most of composite materials are produced to near-net-shape condition, sometimes an additional machining operation such as drilling is often required. There are many drilling techniques known, cutting tool action during machining may damage the work material surface. In addition to aesthetic issues, there´s an high risk of mechanical failures associated with this process. Of all different types of damage, delamination is the one who stands out the most from the crowd. Thirty six test subjects of epoxy reinforced with rubber and sugar cane wastes were manufactured, in order to study the mechanical properties of this composite material and analyze the damage affected area of drilled holes. Different hole drilling conditions such as type of drilling tools and feed rate were used in order to diversify the damage area of the various holes. Damage area and some delamination factors were proven to be very effective in the qualification and quantification of damaged zone around holes. This quantification parameteer were possible to obtain due to the usage of image processing techniques. The technique chosen for this project was the MATLAB® software with an image processing toolbox. After the analysis of all drilled holes, the test plates were subjected to bearing tests with the objective of evaluating the effects of drilling parameters in the mechanical properties of the holes.