ABSORÇÃO DE ENERGIA ESPECÍFICA.

As propriedades calculadas com os dados da densidade e dos ensaios de compressão axial são apresentadas nas tabelas 4.1 a 4.4. Os dados das amostras com extremidades retas foram utilizados para o cálculo do limite de resistência à compressão do perfil (σU) e os dados das amostras com chanfro para a determinação da absorção de

energia específica (ES). Além disso, para as amostras com extremidades retas processadas

sem aplicação de vácuo, onde foram observadas características de falha progressiva, o valor ES foi também calculado. Os dados apresentados nas tabelas 4.1 a 4.4 correspondem

ao valor médio das 5 amostras testadas para cada perfil. Os valores de σU e ES para cada

amostra são mostrados no Apêndice F.

Analisando os dados para os perfis do mesmo material e número de camadas, apresentados nas tabelas 4.1 a 4.4, observa-se que nas amostras processadas sem aplicação de vácuo, e nas amostras dos perfis de vidro/poliéster com 30 camadas o valor da tensão média de esmagamento, σ , foi consideravelmente menor que o valor do limite de resistência à compressão do perfil, σU, devido à concentração de tensão produzida pelo

iniciador de falha progressiva (chanfro). Essa diferença pode ser verificada nos modos de falha observados nas referidas amostras, sendo que as amostras destinadas ao cálculo de σU

(σU = Pmáx/A) falharam no modo catastrófico caracterizado por elevados picos de Pmáx e as

amostras destinadas ao cálculo de σ (σU = P /A) apresentaram valores de Pmáx

significativamente menores que os de Pmáx das amostras anteriores.

Nas amostras de vidro/epóxi com 18 camadas processadas com aplicação de vácuo foi observada uma diferença significativa entre os valores de σ e σU. Nesse caso a queda

constante do valor da força aplicada durante o teste de compressão (Fig. 4.52) resultou em valores de P significativamente menores que os de Pmáx.

TABELA 4.1 – Propriedades de absorção de energia dos perfis de vidro/epóxi.

A (mm2) Pmáx (kN) σU (MPa) P (kN) σ (MPa) ES (kJ/kg) Amostra x s x s x s x s x s x s E18SV 567,4 4,8 68,7 3,6 121,2 7,2 - - - - E18SVCH 631,1 11,8 55,8 6,8 - - 36,9 6,7 58,6 10,8 41,8 7,7 E18CV 356,0 4,2 28,5 1,0 79,9 2,6 14,8 1,9 41,6 5,0 21,3 2,6 E18CVCH 354,6 6,6 24,5 0,9 - - 13,5 1,3 38,0 3,5 19,9 1,8

A = Área da sessão transversal, Pmáx = Pico de força de esmagamento σU = Limite de resistência a

compressão do perfil, P = Força de esmagamento média,σ = Tensão média de esmagamento, ES = Absorção de energia específica, x= media aritmética e s = Desvio padrão.

TABELA 4.2 – Propriedades de absorção de energia dos perfis de vidro/poliéster com 18 camadas. A (mm2) Pmáx (kN) σU (MPa) P (kN) σ (MPa) ES (kJ/kg) Amostra x s x s x s x s x s x P18SV 684,6 2,8 112,6 14,1 164,4 20,5 - - - - P18SVCH 666,3 5,8 55,3 5.2 - - 45,2 7,0 67,8 10,3 46,0 7,0 P18CV 361,4 3,4 28,1 3,8 77,7 10,4 20,3 5,4 56,0 12,2 29,1 6,3 P18CVCH 373,0 7,8 28,7 1,0 - - 22,8 2,6 61,2 3,0 31,4 3,7

A = Área da sessão transversal, Pmáx = Pico de força de esmagamento σU = Limite de resistência a

compressão do perfil, P = Força de esmagamento média,σ = Tensão média de esmagamento, ES = Absorção de energia específica, x= media aritmética e s = Desvio padrão.

TABELA 4.3 – Propriedades de absorção de energia dos perfis de vidro/poliéster com 30 camadas. A (mm2) Pmáx (kN) σU (MPa) P (kN) σ (MPa) ES (kJ/kg) Amostra x s x s x s x s x s x P30SV 937,2 24,9 125,0 20,6 133,7 21,3 - - - - P30SVCH 1007,7 34,2 94,3 7,9 - - 85,5 5,4 82,5 5,4 56,5 4,1 P30CV 579,5 8,4 137,8 29,8 137,8 29,8 - - - - P30CVCH 605,6 16,8 45,7 1,7 - - 39,6 1,7 65,4 2,0 34,3 1,0

A = Área da sessão transversal, Pmáx = Pico de força de esmagamento σU = Limite de resistência a

compressão do perfil, P = Força de esmagamento média,σ = Tensão média de esmagamento, ES = Absorção de energia específica, x= media aritmética e s = Desvio padrão.

TABELA 4.4 – Propriedades de absorção de energia dos perfis de vidro/éster vinílica. A (mm2) Pmáx (kN) σU (MPa) P (kN) σ (MPa) ES (kJ/kg) Amostra x s x s x s x s x s x V18SV 664,7 8,0 88,3 10,3 132,8 15,3 - - - - V18SVCH 610,6 5,1 58,3 5,3 - - 48,1 7,9 78,8 12,9 56,1 9,2 V18CV 351,2 5,1 29,5 2,7 84,1 7,2 15,2 4,7 43,2 12,9 22,3 6,6 V18CVCH 341,9 6,2 28,1 2,6 - - 21,5 3,9 63,8 11,8 32,7 6,1

A = Área da sessão transversal, Pmáx = Pico de força de esmagamento σU = Limite de resistência a

compressão do perfil, P = Força de esmagamento média,σ = Tensão média de esmagamento, ES = Absorção de energia específica, x= media aritmética e s = Desvio padrão.

Nos perfis de vidro/poliéster com 30 camadas, a aplicação de vácuo não produziu mudanças significativas no valor do σU (Tab. 4.3) já que a redução dos valores de Pmáx foi

proporcional à redução nos valores de A. Entretanto, nos perfis com 18 camadas, a aplicação do vácuo resultou em uma diminuição significativa nos valores do limite de resistência à compressão do perfil, σU (Tabs. 4.1, 4.2 e 4.4). Essa diminuição pode ser relacionada com o

modo de falha, já que nas amostras processadas com aplicação de vácuo com extremidades retas (E18CV, P18CV e V18CV), o modo de falha observado não permitiu elevados valores de Pmáx e conseqüentemente de σU, devido a instabilidade das paredes do perfil.

Considerando os dados obtidos para um mesmo material e número de camadas, todas as amostras com uma extremidade chanfrada processadas com aplicação de vácuo apresentaram uma pequena diminuição no valor da tensão média de esmagamento, σ ,

porém, os valores do desvio padrão foram menores que para as amostras processadas sem aplicação vácuo, o qual indica que o vácuo produziu uma estrutura mais uniforme (Tabs. 4.1 a 4.4). Essa característica pode ser importante para aplicações em estruturas submetidas a impacto.

Apesar da aplicação do vácuo promover uma melhor compactação do laminado e redução nas frações volumétricas de vazios, é importante considerar que a redução da fração volumétrica da matriz (Vm) reduziu o volume da matriz entre as fibras promovendo uma

tendência à formação de trincas interlaminares em níveis de força menores, resultando em valores menores de σU (Tabs. 4.1 a 4.4). Além disso, no caso das amostras com 18 camadas,

a redução de espessura da parede do perfil promovida pela aplicação de vácuo aumentou ainda mais a esbeltez do perfil, originando uma falha prematura (Tabs. 4.1, 4.2 e 4.4).

A aplicação de vácuo resultou na redução dos valores da tensão média de esmagamento, σ , e conseqüentemente da absorção energia específica (ES), porém a

diminuição nos valores da ES foi mais significativa, devido ao aumento da densidade (ρ)

produzido pela aplicação do vácuo (ES =

σ

ρ

).

Nas amostras com 18 camadas processadas com aplicação de vácuo não foram observadas diferenças significativas entre os valores de ES das amostras com extremidades

retas que apresentaram esmagamento progressivo e com uma extremidade chanfrada. Esse comportamento é relacionado com o fato dos modos de falha observados terem sido similares, para os dois tipos de amostras. O modo de falha observado está relacionado com a instabilidade estrutural da parede do perfil resultante da diminuição do volume da matriz entre as fibras e a redução da espessura, resultantes da aplicação do vácuo.

Gráficos comparativos dos valores dos limites de resistência à compressão do perfil, σU, e da capacidade de absorção de energia, ES, dos perfis submetidos ao ensaio de

compressão são mostrados nas figuras 4.65 e 4.66.

Analisando os valores do limite de resistência à compressão do perfil, σU (Fig.

4.65), é possível observar que nas amostras processadas sem aplicação de vácuo o maior valor de σU foi apresentado pelas amostras P18SV (164,4 MPa), seguido pelas amostras

P30SV (133,7 MPa) e pelas V18SV (132,8 MPa). As amostras sem aplicação de vácuo que apresentaram menor σU foram as E18SV (121,2 MPa). Já no caso dos perfis fabricados

com aplicação de vácuo o maior valor de σU foi observado nas amostras de P30CV (137,8

MPa), seguido pelas V18CV (84,1 MPa) E18CV (79,9 MPa) e pelas P18CV (77,7 MPa). Analisando os dados anteriores pode-se concluir que os maiores valores de σU foram

apresentados pelas amostras com espessuras de parede maiores (P18SV, P30SV, V18SV, E18SV e P30SV), nas quais foi observado o modo de falha catastrófico caracterizado por um incremento na força até atingir o limite de resistência à compressão do perfil (σU),

seguido de uma pós-falha de baixa força. Nos perfis com espessura de parede menor (V18CV, P18CV e E18CV) o aumento da esbeltez do perfil resultou em valores de σU

baixos. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 E18 P18 P30 V18

σ

σ

σ σ

U ( k J /k g ) SV CV

FIGURA 4.65 – σU para amostras de vidro/epóxi processadas sem aplicação de vácuo

(E18SV) e com aplicação de vácuo (E18CV); vidro/poliéster com 18 camadas sem aplicação de vácuo (P18SV) e com aplicação de vácuo (P18CV); vidro/poliéster com 30 camadas sem aplicação de vácuo (P30SV) e com aplicação de vácuo (P30CV); vidro/éster vinílica sem aplicação de vácuo (V18SV) e com aplicação de vácuo (V18CV).

Comparando os valores de σU para as amostras de vidro/poliéster processadas sem

aplicação de vácuo, observa-se que o aumento do número de camadas (18 para 30) resultou em uma diminuição de 18% no valor do σU. Já no caso das amostras processadas com

aplicação de vácuo, o acréscimo de camadas produziu um aumento significativo no valor do σU (78%). Esse aumento está relacionado a menor esbeltez dos perfis.

Uma análise comparativa dos valores de absorção de energia específica, ES, das

amostras processadas sem aplicação de vácuo com uma extremidade chanfrada (Fig. 4.66) mostrou que os perfis P30SVCH apresentaram maior ES (56,5 kJ/kg) seguido pelas

amostras V18SVCH (56,1 kJ/kg) e pelas amostras P18SVCH (46,0 kJ/kg). As amostras que apresentaram menores valores de ES foram as E18SVCH (41,8 kJ/kg). Os valores de

ES maiores foram apresentados pelas amostras P30SVCH, V18SVCH, e P18SVCH, as

quais falharam no modo progressivo por delaminação o qual é caracterizado por apresentar elevados valores de ES. As amostras E18SVCH, apresentaram características do modo de

falha catastrófico com baixa absorção de energia combinado com modo por delaminação, resultando em uma ES menor.

0 10 20 30 40 50 60 70 E18 P18 P30 V18 ES ( k J /k g ) SV CV

FIGURA 4.66 – ES para perfis com chanfro de vidro/epóxi sem aplicação de vácuo

(E18SVCH) e com aplicação de vácuo (E18CVCH), vidro/poliéster com 18 camadas sem aplicação de vácuo (P18SVCH) e com aplicação de vácuo (P18CVCH), vidro/poliéster com 30 camadas sem aplicação de vácuo (P30SVCH) e com aplicação de vácuo (P30CVCH), e vidro/éster vinílica sem aplicação de vácuo (V18SVCH) e com aplicação de vácuo (V18CVCH).

Na figura 4.66, as amostras chanfradas processadas com aplicação de vácuo que apresentaram maior ES foram as P30CVCH (34,3 kJ/kg), seguidas pelas V18CVCH (32,7

kJ/kg) e pelas P18CVCH (31,4 kJ/kg) e, por último, as E18CVCH (19,9 kJ/kg). As amostras P30CVCH falharam no modo de delaminação, associado a elevados valores de ES, mas não apresentaram valores de ES muito maiores que os das amostras P18CVCH e

V18CVCH que falharam pela combinação dos modos flambagem (caracterizado por valores de ES menores que os do modo por delaminação) e delaminação. As amostras

E18CVCH que falharam pela combinação dos modos delaminação e flambagem apresentaram valores de ES significativamente menores que os valores de ES das amostras

P30CVCH, V18CVCH e P18CVCH.

Analisando os dados apresentados nas tabelas 4.2 e 4.3 e na figura 4.66, observa-se que nas amostras de vidro/poliéster processadas sem aplicação de vácuo o acréscimo de camadas (18 para 30) resultou em um incremento de 44% no valor da área do perfil e de 23% no valor da ES. Já no caso das amostras com aplicação de vácuo um aumento de 60%

no valor da área produziu um incremento de 9% no valor da ES. Com base nessas

comparações pode-se concluir que o aumento da ES não foi proporcional ao da espessura

de parede, embora todas tenham falhado no mesmo modo (por delaminação). Considerando que ES =

σ

ρ

, e que σ =P A, e observando os valores nas tabelas 4.2 e

4.3, verifica-se que o acréscimo do número de camadas elevou os valores de P , porém os valores de A também foram incrementados, resultando em aumentos de σ não proporcionais ao incremento de A. Considerando que os valores de ρ foram praticamente os mesmos nas amostras com 18 e 30 camadas processadas sob as mesmas condições (Fig. 4.4), o incremento nos valores de ES não foi proporcional ao dos valores de A.

Comportamentos similares foram reportados por Mamalis et al. (2004) e Mamalis et al. (2005). Os referidos autores reportaram que nem sempre o incremento no número de camadas resulta em valores de ES maiores. Esse comportamento pode ser atribuído ao fato do

acréscimo no número de camadas limitar o incremento nos valores de P devido ao aumento de regiões interlaminares onde são formadas as trincas interlaminares.

Entre todos os perfis com 18 camadas estudados o valor maior de absorção de energia específica, ES, foi observado nas amostras dos perfis de vidro/éster vinílica,

Comparando os valores de ES para um mesmo material e número de camadas (Fig

4.66) observa-se que, em todos os casos, os perfis fabricados sem aplicação de vácuo apresentaram valores maiores de ES. Porém, a aplicação de vácuo produziu valores de ES

mais uniformes, com menor desvio padrão. Essa maior uniformidade é uma característica importante para projetos estruturais que visem a absorção de energia. A redução na capacidade de absorção de energia dos perfis processados com aplicação de vácuo pode ser uma indicação de que, nas amostras estudadas, as frações de volume foram o parâmetro preponderante quando comparadas à melhor compactação e diminuição da fração de vazios produzida pelo vácuo. As mudanças observadas nos valores de ES são semelhantes às

reportadas por Ramakrishna (1995), Farley (1987a), e Mamalis et al. (2004), que determinaram que conforme a fração volumétrica de fibras aumenta, o volume da matriz entre as fibras diminui. Isso promove a tendência à diminuição da resistência interlaminar do compósito. Conforme a resistência interlaminar diminui, as trincas interlaminares se formam em níveis de tensão menores, resultando em uma redução da capacidade de absorção de energia.

Outro fator que contribuiu para a diminuição da ES nos compósitos fabricados com

aplicação de vácuo foi a redução da espessura de parede produzida pela aplicação do vácuo. Na literatura foi observado que a absorção de energia geralmente diminui com o aumento da razão largura interna/espessura de parede (wi/e) devido ao incremento do

trincamento interlaminar na região esmagada do perfil (Farley, 1989). Também, outros autores reportaram que os perfis com espessuras de parede maior são absorvedores de energia mais eficientes do que os com espessuras menores (Hamada et al., 1995; Jacob et al., 2002).

Após uma análise comparativa das capacidades de absorção de energia específica, ES, foi possível identificar que a aplicação do vácuo reduziu a ES de todos os compósitos

estudados. Nos perfis de vidro/epóxi a diminuição foi de 52%, nos de vidro/poliéster com 18 camadas de 32%, nos perfis de vidro/poliéster de 39% e de 42% nos de vidro/éster vinílica (Tabs. 4.1 a 4.4). A redução foi relacionada à redução da fração de volume de matriz (Vm) e da espessura de parede do perfil promovida pela aplicação do vácuo.

4.8 RELAÇÕES ENTRE PROPRIEDADES VISCOELÁSTICAS E

No documento Efeitos das condições de processamento nas propriedades viscoelásticas e na capacidade de absorção de energia de compósitos laminados (páginas 157-165)