Estudo Experimental das Propriedades Mecnicas para ... presente trabalho tem como objetivo o estudo...

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  • CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA CELSO

    SUCKOW DA FONSECA CEFET/RJ

    Estudo Experimental das Propriedades

    Mecnicas para Compsito em Fibra de

    Carbono e Matriz Epxi Pipefix (CFRP

    Carbon Fiber Reinforced Polymer)

    Clayton Pereira da Silva Santos

    Jorge Ricardo Ribeiro Bichara

    Prof.: Orientador: Hector Reynaldo Meneses Costa

    Co-Orientador: Silvio Romero de Barros

    Rio de Janeiro

    Junho de 2015

  • CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA CELSO

    SUCKOW DA FONSECA CEFET/RJ

    Estudo Experimental das Propriedades

    Mecnicas para Compsito em Fibra de

    Carbono e Matriz Epxi Pipefix (CFRP

    Carbon Fiber Reinforced Polymer)

    Clayton Pereira da Silva Santos

    Jorge Ricardo Ribeiro Bichara

    Projeto final apresentado em cumprimento s

    normas do Departamento de Educao Superior

    do CEFET/RJ, como parte dos requisitos para obteno

    do ttulo de Bacharel em Engenharia Mecnica.

    Prof.: Orientador: Hector Reynaldo Meneses Costa

    Co-Orientador: Silvio Romero de Barros

    Rio de Janeiro

    Junho de 2015

  • III

    Estudo Experimental das Propriedades Mecnicas para Compsito em Fibra de Carbono

    e Matriz Epxi Pipefix (CFRP Carbon Fiber Reinforced Polymer) 2015 Projeto Final (Graduao) Centro Federal de Educao Tecnolgica Celso

    Suckow da Fonseca , 2015.

    Orientador: Hector Reynaldo Meneses Costa

    Co-Orientador: Silvio Romero de Barros

  • IV

    DEDICATRIA

    Dedicamos primeiramente a Deus que nos honrou e nos carregou em todos os

    momentos difceis de nossas vidas. Tambm agradecemos a nossas famlias e, em especial aos

    nossos pais, que sempre batalham com muita fora para nos ajudar a seguir em frente.

    Dedicamos tambm aos professores: Hector Reynaldo Meneses Costa, Ricardo Amar

    (que acreditaram em nossa empreitada para realizao deste trabalho de concluso de curso,

    atenciosos e solcitos em suas colocaes) e Silvio de Barros (que proporcionou o vis

    experimental deste trabalho, abraando a causa e nos ajudando com suas orientaes).

  • V

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo Deus, meus pais e minha noiva Alana Mendes (minha preta), que com

    seu amor e carinho adoou a minha vida no amargor dos perodos difceis da faculdade.

    Agradeo aos amigos que fiz durante minha passagem pelo CEFET-RJ, pois com eles estudei,

    aprendi, ri e tambm chorei, me tornando assim, uma pessoa melhor. Por fim, agradeo a

    todos os professores da minha querida instituio, pois sem eles no seria possvel o

    desenvolvimento desta monografia.

    Clayton Pereira da Silva Santos

    No tenho palavras para medir minha gratido com Deus, pois em todas as

    adversidades Ele demonstrou-se fiel, sendo o verdadeiro apoio de toda a minha trajetria.

    Agradeo muito a minha famlia que sempre me ajudou, aos meus grandes amigos e a minha

    namorada Christiane, uma companheira nica que me deu toda a compreenso, carinho e

    amor.

    Jorge Ricardo Ribeiro Bichara

  • VI

    RESUMO

    O presente trabalho tem como objetivo o estudo experimental dos materiais compsitos do

    tipo (CFRP - Carbon Fiber Resin Polymer). Conforme crescente aplicabilidade e importncia

    desses materiais para a engenharia (sobretudo no setor aeronutico) foram abordados neste

    projeto conceitos importantes como: composio das fases, processos de fabricao, micro e

    macromecnica, estudo das principais normas experimentais aplicveis para propriedades

    mecnicas, lei das misturas e sua aplicao como mecanismo investigador de propriedades

    mecnicas, e por fim, a realizao de ensaios mecnicos de trao e flexo em conformidade a

    norma ASTM para estudo do comportamento desses materiais do ponto de vista da

    engenharia mecnica.

    Palavras-chave: compsitos, lei das misturas, ensaios mecnicos.

  • VII

    ABSTRACT

    This work aims to study the composite type materials (CFRP - Carbon Fiber Resin Polymer).

    As increasing applicability and importance of these materials for engineering (especially in

    the aircraft industry) will be addressed in this project important concepts such as phase

    composition, manufacturing processes, micro and macro mechanics, law of mixtures and its

    application as a researcher mechanism of mechanical properties, and finally, the tensile and

    flexure testing in accordance with ASTM standards for study of behavior of these materials

    from the mechanical engineering point of view.

    Keywords: composites, law of mixtures, mechanical tests.

  • VIII

    SUMRIO

    1. Introduo .......................................................................................................................................... 13 1.1 Consideraes iniciais ................................................................................................................. 13

    1.2 Motivao .................................................................................................................................... 14

    1.3 Objetivos ..................................................................................................................................... 14

    1.4 Organizao ................................................................................................................................. 15

    2. Reviso Bibliogrfica ......................................................................................................................... 16 2.1 Vantagens e desvantagens dos materiais compsitos .................................................................. 16

    2.2 Caracterizaes do material compsito ....................................................................................... 17

    2.2.1 Matriz ................................................................................................................................... 18

    2.2.2 Reforo ou Carga ................................................................................................................. 19

    2.3 Processos de fabricao ............................................................................................................... 21

    2.3.1 Moldagem Manual e por Compresso .................................................................................. 23

    2.3.2 Moldagem por injeo .......................................................................................................... 23

    2.3.3 Autoclave ............................................................................................................................. 24

    2.3.4 Enrolamento Filamentar ....................................................................................................... 25

    2.3.5 Processo de Pultruso ........................................................................................................... 26

    2.3.6 Moldagem por centrifugao ............................................................................................... 26

    2.3.7 Viso geral acerca dos processos de fabricao ................................................................... 26

    2.4 Estudo da Micro e Macromecnica ............................................................................................. 27

    2.4.1 Micromecnica da camada ................................................................................................... 27

    2.4.2 Macromecnica da camada .................................................................................................. 29

    2.5 Compsitos multidirecionais ....................................................................................................... 32

    2.6 Ensaios Mecnicos ...................................................................................................................... 33

    2.7 Ensaios Experimentais e Constantes de Engenharia ................................................................... 34

    2.7.1 Ensaio de Trao para um laminado genrico:..................................................................... 34

    2.7.2 Ensaio de Trao de Laminados 45: ................................................................................. 34

    2.7.3 Ensaio Iosipescu ................................................................................................................... 35

    2.7.4 Ensaio de Flexo .................................................................................................................. 36

    2.7.5 Diretrizes experimentais para Constantes de Engenharia .................................................... 37

    3. Desenvolvimento Experimental ......................................................................................................... 38

    3.1 Preparaes dos corpos de prova ................................................................................................ 38

    3.2 Normas e Ensaios ........................................................................................................................ 40

    3.2.1 Ensaio de Trao .................................................................................................................. 41

    3.2.2 Ensaios de Flexo ................................................................................................................. 45

    4. Desenvolvimento Analtico ................................................................................................................ 50

    4.1 Aplicaes da Lei das Misturas ..............................................