NANOCOMPÓSITOS PROCESSADOS VIA RTM

Aplicações estruturais de resinas epóxi geralmente empregam fibras com alto módulo de elasticidade como fase reforço, visando um material compósito com alta resistência específica (CHUNG, 2010). Aqui serão exibidas as propriedades mecânicas das mesmas amostras de nanocompósitos citadas anteriormente, porém foram moldadas via RTM, com a adição de aproximadamente 27% de volume de fibra de vidro do tipo E. A nomenclatura das amostras será alterada após a adição de fibras de vidro, substituindo-se as letras iniciais LY por FV. Portanto, as amostras terão as nomenclaturas: FV, FVc, FVNa, FVNac, FV30 e FV30c. Está sendo utilizado um teor fixo de 0,04%vol de NTC na matriz epoxídica nas amostras FVc, FVNac e FV30c. O teor de argila é o mesmo utilizado nas amostras fabricadas por casting, sendo 0,63% v/v de MMT-Na e 0,90% v/v de MMT-30B.

A Figura 36 exibe as propriedades de módulos de elasticidade sob flexão e resistência à flexão das amostras com fibras de vidro, obtidas por flexão em três pontos, de acordo com ASTM D790. Os resultados de módulo e resistência à flexão foram submetidos a testes de ANOVA e Tukey, estando disponíveis nos Anexos C.

Figura 36 – (a) Módulo de elasticidade e (b) resistência à flexão dos materiais compósitos de matriz epóxi com adição de argilas, nanotubos de carbono e fibras de vidro.

A adição somente de 0,04% v/v de NTC não alterou o módulo e resistência à flexão do compósito em relação à amostra de referência. Como verificado anteriormente no tópico 5.2.3, a matriz C_04 exibiu praticamente o mesmo comportamento que a amostra LY, possivelmente devido ao baixo teor de NTC utilizado e ao estado de dispersão não homogêneo.

Figura 37– MEV de superfícies de fratura geradas após ensaios de flexão em três pontos: (a) FV (b) FVc.

As amostras submetidas aos ensaios de flexão tiveram suas superfícies de fratura analisadas por MEV. Na Figura 37 estão exibidas as imagens de MEV das amostras FV e FVc. Ambas as amostras exibem mecanismos de fratura por fratura de fibra. A adesão interfacial se mostra fraca nas duas amostras, verificando-se uma superfície lisa e limpa sobre as fibras expostas. Adesividade é requisito necessário para uma efetiva transferência de tensões. Nestas duas amostras a resina permeou efetivamente, devido ao fato das amostras LY e C_04 serem as menos viscosas entre as demais amostras, conforme curvas de viscosidade da Figura 26. Sistemas mais viscosos tendem a gerar baixa impregnação de fibras e alto conteúdo de vazios e regiões sem fibras (KARIPPAL et al., 2011; LIN et al., 2006).

A Figura 38 exibe as placas fabricadas por RTM das amostras (i) FVNa e (ii) FV30, sendo nítida a filtragem da MMT-Na pelo meio poroso de fibras de vidro, fenômeno que já foi evidenciado por Lin et al. (2006). Acredita-se que isto se deve à natureza hidrofílica da MMT-Na, não sendo favorável à manutenção de seu estado dispersivo nos monômeros de epóxi (LEITE et al., 2008; NGO et al., 2007). Como pode ser verificado, o caráter organofílico da argila MMT-30B propiciou homogênea dispersão da argila.

Figura 38- Placas moldadas por RTM: (i) amostra FVNa (ii) amostra FV30. Os retângulos nas fotos exibem as regiões de retiradas de amostras.

Avaliou-se as propriedades mecânicas em duas diferentes regiões da placa FVNa, devido à ocorrência da filtragem da argila MMT-Na. Os corpos-de-prova da amostra FVNa(a) foram retirados da região demarcada na Figura 38(i-a), portanto, é uma região onde há maior teor de argila do que o 0,63% v/v adicionado inicialmente. A amostra FVNa(a) foi a única que apresentou elevado módulo de elasticidade em relação às outras amostras. O alto teor de argila pode ser a explicação para as propriedades observadas. Portanto, o elevado módulo de elasticidade e resistência à flexão da amostra FVNa pode ser devido ao alto teor de argila na região de retirada do corpo-de-prova. Autores que obtém propriedades de aumento de módulo de elasticidade e resistência à flexão em compósitos de epóxi com argila e fibras de vidro sugerem que a maior concentração de argila restringe mais eficazmente a mobilidade da matriz na interface matriz/fibra, permitindo maior transferência de tensões (KARIPPAL et al., 2011; LIN et al., 2006) Os autores Karippal et al. (2011) encontraram maiores valores de resistência à tração e módulo de elasticidade somente acima de 3% m/m de argila, assim como o evidenciado pelos autores Lin et al. (2006). Portanto, o teor de argila possível de ser testado neste trabalho não aparentou ser o mais adequado para a melhoria de propriedades mecânicas do compósito.

A utilização de 0,90% v/v. de argila MMT-30B não alterou o módulo de elasticidade do compósito e mostrou leve tendência de queda de resistência à flexão, conforme Figura 36. Na Figura 39 estão comparadas imagens de MEV da superfície de fratura das amostras FV e FV30. É possível notar a baixa adesividade de ambas as matrizes com as fibras-de-vidro. O relevo de fratura da matriz LY30 possui aspecto mais acidentado, corroborando com as imagens da superfície de fratura criogênica da matriz LY30 (Figura 32). Possivelmente, devido à alta viscosidade da matriz LY30, foi obtida menor impregnação das fibras pela

resina, o que causa aglomeração de fibras no volume do compósito. Fibras com dispersão não homogênea atuam como concentradores de tensões cisalhantes na matriz, promovendo distribuição não-homogênea da tensão aplicada, ocorrendo fratura de forma precoce.

Figura 39 - MEV das amostras FV (a,b) e FV30 (c,d).

A queda do módulo de elasticidade na amostra FVNac também pode estar relacionada com a alta viscosidade da mistura, o que causa alta resistência ao fluxo, gerando baixa impregnação de fibras (KARIPPAL et al., 2011; LIN et al., 2006), conforme pode ser visualizado na Figura 40, onde um grande número de regiões sem fibras podem ser vistas na seção transversal da amostra FVNac. Uma possibilidade que não foi avaliada é ter ocorrido filtragem somente da argila MMT-Na, e não dos NTC na amostra Nac_04. Com a adição de NTC a placa se torna inteiramente negra, não possibilitando verificar visualmente a ocorrência de filtragem da argila. As amostras foram retiradas de uma região intermediária da placa, assim como na amostra FV30, na Figura 38. Apesar da baixa permeação da amostra FVNac, a adesividade interfacial parece se mostrar eficaz, pois houve um decréscimo de

apenas 2,5% na resistência à tração em relação à amostra FV, conforme Figura 36(b). A Figura 41 exibe fibras com muitas regiões de matriz Nac_04 ainda retidas em sua superfície após a fratura, sugerindo melhor adesividade.

Figura 40 – Imagens de MEV com aumento de 20x das amostras FV e FVNac, evidenciando a baixa permeabilidade da amostra FVNac;

Figura 41 – Imagens de MEV da amostra FVNac, evidenciando a forte adesividade das fibras com a matriz. (a) Matriz aderida nas fibras já rompidas; (b) Pull-out de fibra, gerando superfícies irregulares, indicando boa adesão da matriz com fibra;