Resposta térmica de um compósito PEEK+PTFE+Fibra de carbono+grafite

Composites based on PEEK + PTFE + CARBON FIBER + Graphite (G_CFRP) has increased application in the top industries, as Aerospace, Aeronautical, Petroleum, Biomedical, Mechanical and Electronics Engineering challenges. A commercially available G_CFRP was warmed up to three different levels of thermal energy to identify the main damage mechanisms and some evidences for their intrinsic transitions. An experimental test rig for systematize a heat flux was developed in this dissertation, based on the Joule Effect. It was built using an isothermal container, an internal heat source and a real-time measurement system for test a sample by time. A standard conical-cylindrical tip was inserted into a soldering iron, commercially available and identified by three different levels of nominal electrical power, 40W (manufacturer A), 40W (manufacturer B), 100W and 150W, selected after screening tests: these power levels for the heat source, after one hour of heating and one hour of cooling in situ, carried out three different zones of degradation in the composite surface. The bench was instrumented with twelve thermocouples, a wattmeter and a video camera. The twelve specimens tested suffered different degradation mechanisms, analyzed by DSC (Differential Scanning Calorimetry) and TG (Thermogravimetry) techniques, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy-Dispersive X-Rays (EDX) Analysis. Before and after each testing, it was measured the hardness of the sample by HRM (Hardness Rockwell M). Excellent correlations (R2=1) were obtained in the plots of the evaporated area after one hour of heating and one hour of cooling in situ versus (1) the respective power of heat source and (2) the central temperature of the sample. However, as resulting of the differential degradation of G_CFRP and their anisotropy, confirmed by their variable thermal properties, viscoelastic and plastic properties, there were both linear and non-linear behaviour between the temperature field and Rockwell M hardness measured in the radial and circumferential directions of the samples. Some morphological features of the damaged zones are presented and discussed, as, for example, the crazing and skeletonization mechanism of G_CFRP

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Compósitos baseados em matrizes poliméricas de PEEK e PTFE, reforçadas com fibra de carbono e grafite (G_CFRP) apresentam crescente aplicação e desafios à Engenharia nas indústrias Aeroespacial, Aeronáutica, de Petróleo, Biomédica, Mecânica e Eletrônica. Um compósito G_CFRP foi aquecido em três níveis de energia térmica para identificar os principais mecanismos de dano e algumas evidências em suas transições de mecanismos. Uma bancada experimental foi desenvolvida para sistematizar o fluxo térmico com base no Efeito Joule. Foi construída usando-se um recipiente isotérmico, uma fonte quente interna e um sistema de medidas em tempo real para ensaiar um corpo-de-prova (CP) de cada vez. Uma ponta cônica-cilíndrica foi inserida em um ferro de soldar, comercialmente disponível e identificado por três diferentes níveis de potência elétrica, 40W (fabricante A), 40W (fabricante B), 100W e 150W, selecionados após ensaios piloto: estes níveis de potência para a fonte quente, após uma hora de aquecimento e uma hora de resfriamento in situ, promoveu três zonas diferentes de degradação na superfície do compósito. A bancada foi instrumentada com doze termopares, um wattímetro e uma câmera de vídeo. Os doze C.P. ensaiados apresentaram diferentes mecanismos de degradação, analisados pelas técnicas de Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) e Termogravimetria (TG), e pelas análises de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Energia Dispersiva de Raios-X (EDS). Antes e após cada ensaio, foram feitos ensaios de dureza Rockwell M (HRM). Excelentes correlações (R2=1) foram obtidas nas curvas da área evaporada após uma hora de aquecimento e uma hora de resfriamento in situ versus (1) a respectiva potência da fonte quente e (2) a temperatura central do C.P. entretanto, como resultado da degradação diferencial do G_CFRP e da sua anisotropia, confirmadas por suas propriedades térmicas variáveis, propriedades viscoelásticas e viscoplásticas, houve comportamentos linear e não-linear entre o campo de temperatura e a HRM medidos nas direções radial e circunferencial dos C.P. Algumas peculiaridades morfológicas das zonas de dano são apresentadas e discutidas, como, por exemplo, os mecanismos de dano por crazing e esqueletização do G_CFRP