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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.85.2022.tde-04082022-150249
Document
Author
Full name
Vinicius Gomes de Oliveira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Silva, Leonardo Gondim de Andrade e (President)
Evora, Maria Cecilia Conceição
Wiebeck, Hélio
Title in Portuguese
Análise do comportamento de fluência de compósitos cilíndricos de basalto/epóxi e de vidro/epóxi submetidos a diferentes temperaturas e carregamento hidrostático
Keywords in Portuguese
compósitos
enrolamento filamentar
epóxi
fibra de basalto
fibra de vidro
fluência
Abstract in Portuguese
O presente estudo teve por objetivo avaliar o comportamento de fluência de compósitos cilíndricos de fibra de basalto e resina epóxi e de fibra de vidro e resina epóxi aplicando-se um carregamento hidrostático constante pelo período de 500 horas em duas diferentes temperaturas: 22 ºC, considerada como temperatura ambiente, e 50 ºC. Os cilindros foram manufaturados utilizando-se a técnica de enrolamento filamentar (filament winding), com a cura da matriz em estufa na temperatura final de 150 ºC. As propriedades mecânicas foram determinadas por meio dos valores de pressão e deformação de ruptura, bem como as propriedades físico-químicas por meio de ensaios térmicos. As análises microestruturais foram feitas utilizando-se um microscópio eletrônico de varredura (MEV) e teve como um dos principais objetivos identificar o comportamento da interface fibra/matriz. As micrografias mostraram também uma excelente homogeneidade na impregnação das fibras pela matriz. Os resultados da temperatura de transição vítrea (Tg) apontaram valores entre 120 e 124 ºC, para a fibra de basalto/epóxi e vidro/epóxi, respectivamente, indicando uma cura controlada das matrizes poliméricas. As frações volumétricas de fibra foram obtidas por análise TGA e resultaram em valores de 55% e 57%, respectivamente para os compósitos de basalto/epóxi e vidro epóxi, indicando também um elevado grau de ajuste nos parâmetros de fabricação dos cilindros. Os valores de deformação máximos na fluência medidos na superfície dos cilindros na temperatura ambiente e na temperatura de 50 ºC foram respectivamente 1,2% e 1,25% para o compósito com fibra de basalto e 0,72% e 0,82% para os compósitos com fibra de vidro. Os resultados nominais de deformação na direção radial (tração) foram em média 4 vezes maiores que os valores registrados na direção longitudinal (compressão) para ambos os cilindros. Os cilindros de fibra de basalto/epóxi apresentaram maiores valores nominais de deformação em fluência quando comparados com os cilindros de fibra de vidro/epóxi sob as mesmas condições de carregamento hidrostático e tempo de ensaio. Assim, foi possível conhecer de maneira adequada, as características mecânicas de deformação e fluência dos materiais compósitos de FB/epóxi e de FV/epóxi.
Title in English
Creep behavior analysis of BFRP and GFRP cylinder subjected to hydrostatic pressure at different temperatures
Keywords in English
basalt fiber
composites
epoxy
fiberglass
filament winding
fluency
Abstract in English
The present study aimed to evaluate the creep behavior of cylindrical Basalt Fiber Reinforced Polymer made by epoxy resin and of Glass Fiber Reinforced Polymer made by epoxy resin, applied at constant hydrostatic pressure for a period of 500 h at two different temperatures: 22 ºC, considered as room temperature, and 50 ºC. The cylinders were manufactured using the filament winding technique, with the matrix curing in an oven at a final temperature of 150 ºC. The mechanical properties were determined through the values of pressure and rupture deformation, as well as the physicochemical properties through thermal assays. The microstructural analyzes were performed using a scanning electron microscope (SEM) and one of the main objectives was to identify the behavior of the fiber/matrix interface. The micrographs also showed excellent homogeneity in the impregnation of the fibers by the matrix. Results of the glass transition temperature (Tg) showed values between 120 and 124 ºC, for the BFRP and GFRP, respectively, indicating a well-controlled curing of the polymeric matrices. Volumetric fiber fractions were obtained by the TGA method and resulted in values of 55% and 57%, respectively, for the BFRP and GFRP, also indicating a high degree of adjustment in the cylinder manufacturing parameters. The maximum creep values measured on the surface of the cylinders at room temperature and at 50 ºC were respectively 1.2% and 1.25% for the BFRP and 0.72% and 0.82% for GFRP. The deformation results in the radial direction (traction) were on average 4 times greater than the values recorded in the longitudinal direction (compression) for both cylinders. BFRP cylinders showed higher creep strain value than GFRP cylinders under the same conditions of hydrostatic loading and time experienced. Thus, it was possible to properly know the mechanical characteristics of deformation and creep of composite materials of FB/epoxy and FV/epoxy.
 
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Publishing Date
2022-08-05
 
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