ANÁLISE DE MECANISMO DE DANO EM COMPÓSITOS HÍBRIDOS, TIPO
SANDUÍCHE UTILIZANDO FIBRAS NATURAIS
Silva, C. D.*, Freire Júnior, R. C. S.**, Aquino, E. M. F.*
*Programa de pós-graduação em engenharia mecânica - Centro de Tecnologia – UFRN Campus Universitário, Lagoa Nova,- Natal - RN, CEP: 59072 - 970. E-mail: eve@dem.ufrn.br
**Programa de Doutorado de Ciência e Engenharia de Materiais – CCET – UFRN Campus Universitário – Lagoa Nova - Natal – RN CEP: 59072-970. Tel./Fax: (84) 215-3826.
RESUMO
A concepção de compósitos híbridos, ou seja, combinação entre tipos diferentes de reforços, utilizando-se fibras sintéticas de alto desempenho combinadas parcialmente com fibras naturais, pode possibilitar aplicações estruturais dos mesmos frente as mais adversas condições de serviços. Devido ao baixo desempenho mecânico da maioria das fibras naturais, algumas limitações foram observadas no tocante à aplicação final desejada. Neste sentido, a idealização de um compósito híbrido envolvendo uma combinação a base de fibra de vidro/fibra natural se faz necessário, deste que o produto final aporte melhoria no seu comportamento mecânico aliado a um baixo custo de produção. Este trabalho consiste no estudo do mecanismo de dano e da umidade de compósitos laminares híbridos do tipo sanduíche submetidos à carregamentos de tração e de compressão. Os mesmos são constituídos de resina poliéster ortoftálica, sendo que, um dos compósitos tem como reforço camadas de fibras de vidro-E (CSFV) nas formas de manta e tecido bidirecional. O outro compósito apresenta uma hibridização caracterizada pelo uso de reforços de fibras de juta e fibras de vidro-E (CSH) nas formas de tecidos. Ambos possuem camadas de recheio (coremat firet) constituídas de um tecido de polietileno. Conforme foi dito anteriormente, fez-se uma análise do mecanismo de dano causado no material, após os ensaios de tração e compressão uniaxiais nos dois materiais. Para o CSH analisou-se, também a influência do teor de absorção de umidade no mecanismo de dano. Estudos comparativos foram realizados com o objetivo de se conhecer tanto a influência do tipo de carga aplicada, bem como da presença de fibras naturais nos CSH, na formação e propagação do dano no produto final.
Palavras-chaves: Compósitos híbridos, configurações sanduíche, análise de dano, umidade.
INTRODUÇÃO
A crescente preocupação com o meio ambiente e sua relação com o homem, mais precisamente com a utilização dos recursos naturais renováveis, tem impulsionado pesquisas nas mais diversas áreas do conhecimento, com a finalidade de se otimizar os aproveitamentos tecnológicos, econômicos e sociais destes recursos. Especificamente nas áreas que tratam dos estudos dos materiais poliméricos, vem crescendo a necessidade de se obter materiais ecologicamente corretos e de baixo custo. Com isso, tem-se buscado uma melhoria na tecnologia voltada para a utilização de matéria-prima proveniente de fontes renováveis, como a utilização de fibras naturais como reforço para matrizes poliméricas (Joseph (a) e (b), 2002, Rana et al., 2003, Ghosh et al, 1997).
As vantagens do uso de fibras vegetais como reforço em compósitos de matriz polimérica estão associadas ao seu bom conjunto de propriedades mecânicas, a provirem de fontes renováveis, e ainda, biodegradabilidade, baixo custo, baixa densidade, boa tenacidade, boas propriedades térmicas, baixo conteúdo energético, uso reduzido de instrumentos para o seu tratamento ou
processamento e pouco abrasivas aos equipamentos de processamento. Apesar de possuírem resistência mecânica nominal inferior à das fibras sintéticas, as fibras vegetais exibem propriedades mecânicas específicas bastante elevadas que as permitem serem utilizadas como reforço em matrizes poliméricas em varias aplicações que requeiram baixas solicitações mecânicas. Por exemplo, fibras de juta podem ser usadas em produtos como telhas, tanques para armazenamento de grãos, paredes divisórias, etc, (Mohanty & Misra, 1995).
Mas, problemas relacionados com o baixo desempenho mecânico de algumas fibras naturais têm dificultado o uso direto das mesmas em elementos estruturais. Neste sentido, o aparecimento de novos materiais alternativos, buscando-se melhorar o desempenho estrutural dos compósitos à base de fibras naturais, vem sendo incentivado.
Outro problema característico relacionado aos materiais compósitos e que ainda não é bem compreendido é o mecanismo de formação e propagação do dano que ocorre durante o carregamento destes materiais, autores como Yang et al. (2000), Sreekala et al. (2002), Sreekala et al. (2003), Scida et al (2002), tentam explicar estes fenômenos para vários tipos de materiais compósitos considerando em alguns casos a presença de fibras vegetais e inclusive efeitos como a absorção de umidade como fatores de influência para estes mecanismos de dano.
Já é de conhecimento na literatura a dependência da forma pré-definida do reforço (tecidos ou mantas) tanto nas resistências à tração e principalmente à compressão dos laminados compósitos (Dvoract, 2000). È evidente o contraste existente entre a resistência à tração e à compressão da maioria dos compósitos, sendo que, na compressão, em grande parte a resistência e o módulo de elasticidade dependem da ocorrência de microflambagem ou dobramento das fibras, que ao mesmo tempo estão relacionados ao tipo de disposição das mesmas.
Diferenciação é também esperada com relação ao mecanismo de dano desenvolvido, em compósitos envolvendo diferentes tipos de reforços, já que as diferentes propriedades elásticas constituintes das camadas do laminado, interferem diretamente na evolução do dano. Isso se deve ao fato de que a propagação da fissura tende a seguir um caminho formado por regiões de menor rigidez. No caso específico dos laminados compósitos as interfaces entre as camadas constituintes dos mesmos podem impedir ou facilitar o desenvolvimento do dano.
Nos carregamentos compressivos fatores como, configuração do laminado, geometria da amostra, métodos de carregamento e concentração de tensão, são determinantes no modo de fratura dos compósitos. Estudos mais recentes (Yang et al, 2000) mostram, também, a influência do tipo de tecido têxtil usado como reforço, no modo de fratura do compósito. As “ondulações” das fibras originadas do processo de tecelagem utilizado podem ser pontos de partidas para a iniciação e formação de microfissuras, além da microflambagem citada anteriormente. Com posterior aumento da carga aplicada, delaminações podem surgir provenientes das ramificações e propagações dessas microfissuras.
O objetivo inicial desse trabalho de investigação é a concepção de um compósito polimérico híbrido, onde fibras sintéticas de alto desempenho possam ser combinadas parcialmente com fibras naturais de forma a se obter um material com possibilidade futura de aplicação estrutural. E também, a possibilidade de ampliação do emprego de fibras naturais como reforços em plásticos reforçados
levando a uma diminuição direta do uso de fibras sintéticas, diminuindo assim, problemas de impacto ambiental e social.
A configuração escolhida para o compósito híbrido a ser estudada, parte, em princípio, da substituição de camadas de manta de fibras de vidro-E em um compósito laminar do tipo sanduíche (Margaria et al, 1997), já em uso pela indústria de plástico reforçado em reservatórios e/ou tubulações, por camadas de tecido de fibras de juta. O tecido de fibra de juta escolhido, segundo a indústria, consome a mesma quantidade de resina que a manta de fibra de vidro durante o processo de impregnação, o que pode levar a uma diminuição de custos de produção desde que o tecido em questão apresente menor custo e que o produto final não apresente perdas significativas em suas propriedades mecânicas. Em face da possibilidade de aplicação industrial do material aqui idealizado, como por exemplo, em reservatórios, tubulações, etc., estudos iniciais referentes ao mecanismo de fratura (dano) e influência da presença de umidade, se fazem necessários.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Os compósitos sanduíches de fibras de vidro-E (CSFV) utilizados neste trabalho foram confeccionados utilizando-se como matérias primas a matriz de resina de poliéster insaturada ortoftálica e como reforços tecidos têxteis cruzados (450g/m2) e mantas (450g/m2) de fibras de
vidro-E. Como camada de recheio foi usado um tecido de polietileno (coremat firet - xx), já usado constantemente em laminados do tipo sanduíche convencionais.
No compósito sanduíche híbrido (CSH) fez-se a substituição das mantas de fibras de vidro-E por tecido de fibras de juta, onde a mesma foi utilizada "in natura", ou seja, sem nenhum tipo de tratamento químico. A configuração dos dois laminados é mostrada a seguir:
(
MV
/
TV
/
MV
/
C
/
MV
/
TV
/
MV
)
Compósito Sanduíche de Fibra de Vidro(
TJ/TV/TJ/C
/TJ/TV/TJ
)
Compósito Sanduíche HíbridoOs símbolos MV, TV, TJ e C são referentes à manta de fibra de vidro, tecido têxtil de fibra de vidro, tecido textil de juta e o coremat, respectivamente.
O processo de fabricação utilizado foi o hand lay-up (fabricação industrial) obtendo-se placas de 1,0 m2. Estas placas foram cortadas com um disco de corte com fio diamantado (DIFER D252), de forma a evitar qualquer tipo de dano possível nos corpos de prova. As dimensões dos corpos de prova para o ensaio de tração e compressão uniaxiais foram retiradas da norma ASTM D 3039 (1990) e do trabalho de Mandell et al (1997), respectivamente. Os corpos de prova foram feitos de forma retangular com as seguintes dimensões: 200 x 25 mm x 7mm para os ensaios de tração e 100 x 25 mm x 7mm para os ensaios de compressão, na qual o primeiro valor é referente ao comprimento, o segundo a largura e o terceiro a espessura. Os comprimentos úteis (galgo) são de 127 mm para os corpos de prova de tração e de 35 mm para os corpos de prova de compressão. Exames microscópicos foram realizados em todos os corpos de prova com o objetivo de identificar possíveis
danos induzidos nos mesmos, durante o processo de preparação. Os ensaios de tração e compressão uniaxiais foram feitos utilizando-se uma máquina servo hidráulica MTS – 810 (Materials Test System), com uma velocidade de deslocamento de 1,0 mm/min. Todos os ensaios foram feitos a temperatura ambiente (25 °C) e com umidade relativa do ar a 50 %. 5 (cinco) corpos de prova com resultados válidos foram considerados na realização de cada ensaio estático.
Para os ensaios de absorção de umidade (
ASTM D570-81, 1988)
, os corpos de prova ficaram imersos na água destilada, e após 03 meses de imersão, com 6,02% de absorção (estado não saturado), foram efetuados ensaios de tração uniaxial com o intuito de se determinar a influência desse teor nas propriedades trativas do CSHU (Compósito Sanduíche Híbrido no estado Úmido). Os cálculos dos teores de absorção foram realizados através de pesagens em uma balança Sartorius BP 2105 (Carga máxima = 210g, d = 0.1mg).Depois da realização dos ensaios foi feita uma análise minuciosa do dano causado ao material, sendo que, a primeira etapa consistiu de uma análise macroscópica do mesmo com o objetivo de conhecer a formação e distribuição ao longo de todo o comprimento do corpo de prova, enquanto que a segunda etapa constituiu de uma análise microscópica do dano de forma a detectar fraturas dos tipos adesiva (interface fibra/matriz) e coesivas (na fibra ou na matriz). O microscópico utilizado foi o ótico MG da marca Olimpus.
RESULTADOS OBTIDOS
Estudo do Mecanismo de Dano dos CSFV eCSH Quando Submetidos à Tração Uniaxial
A análise do mecanismo de dano dos compósitos baseia-se em exames macroscópicos e microscópicos dos CPs (corpos de prova) fraturados. Na análise macroscópica faz-se uma identificação da propagação da fratura mecânica ao longo de todo o comprimento do CP. Características do dano como a delaminação (desaderência entre as camadas do laminado) e rupturas total ou parcial das fibras na região de “fratura final”, podem ser observadas. No caso do exame microscópico da fratura, características como a presença de microfissuras, fendas e qualidade das interfaces, seja fibra/matriz ou entre as camadas do laminado, podem ser observadas.
Na análise macroscópica realizada nos CPs dos CSFV fraturados em tração uniaxial (figura 1) foram observadas delaminações nas camadas internas entre a manta e o tecido de fibra de vidro, ruptura de fibras e o fenômeno do “efeito de rasgamento” (pull out) na região de ruptura final dos CPs. Além disso, verificou-se também que não houve a presença de delaminação entre as camadas de manta de fibra de vidro e o coremat, significando uma forte aderência entre as mesmas.
Com relação à análise microscópica nos CPs dos CSFV, foram observadas as seguintes características de dano: presença de microfissuras transversais em relação à aplicação da carga, presença de fratura adesiva (desaderência fibra-matriz) e coesivas na matriz e nas fibras (figura 2). Vale salientar que em alguns casos os defeitos de fabricação eram os agentes causadores de microfissuras, conforme se pode ver na figura 3.
Figura 1: Análise macroscópica dos CP’S do CSFV submetidos ao ensaio de tração uniaxial.
Figura 2: Fratura adesiva (desaderência fibra /matriz) e fraturas coesivas na matriz e nas fibras CSFV (aumento de 200x).
Analisando-se o compósito híbrido (CSH), macroscopicamente, o mesmo possuiu praticamente as mesmas formas de dano encontradas no CSFV, ou seja, delaminações nas camadas mais internas de tecido de fibra de vidro/juta e ruptura de fibras. Porém, para o CSH não se verificou o fenômeno do “efeito de rasgamento” (pull out) na região de ruptura final dos CPs. Além disso, verificou-se que, igual ao CSFV, não houve a ocorrência de delaminação entre as camadas de tecido de fibras de juta e o coremat, demonstrando que aqui também se obteve uma forte aderência nesta região de interface.
Rasgamento (Pull out)
Fratura coesiva na fibra
Fratura coesiva na matriz
Fratura adesiva
(desaderência fibra-matriz)
Figura 3: Presença de defeitos de fabricação (bolhas) com microfissuras no CSFV (aumento de 200x).
Com relação à análise microscópica do CSH, foram observadas várias características de dano em comum com o CSFV, como a presença de microfissuras transversais à aplicação da carga, a presença de fratura adesiva (desaderência fibra-matriz) e coesivas na matriz e nas fibras. Porém no
CSH, nas camadas de fibras de juta, as microfissuras originam apenas fratura adesiva, contornando
as fibras de forma a provocar desaderência fibra/matriz (figura 4). Pode-se, também, comprovar a presença da delaminação entre as camadas mais internas de fibras de vidro e fibras de juta, originando um total “isolamento” da camada de fibra de vidro já próximo à região de fratura final. Verificou-se também, a não existência de delaminação entre as camadas de juta e o coremat e nenhuma formação de microfissuras internas à camada do coremat.
Figura 4: Fratura adesiva nas camadas de fibras de juta no CSH (aumento de 400x).
Defeitos de fabricação
Fratura coesiva na matriz
Fratura adesiva
(desaderência fibra-matriz)
Fratura adesiva
(desaderência fibra-matriz)
Estudo do Mecanismo de Dano do CSFV e CSH Quando Submetidos à Compressão Uniaxial
Analisando-se macroscopicamente os CPs do CSFV fraturados à compressão uniaxial, encontrou-se grande formação de delaminações em praticamente todas as camadas do laminado sanduíche e rupturas de fibras em grande quantidade. Em outras palavras, o dano se apresenta de forma mais intensa quando comparado ao dano desenvolvido na tração uniaxial. A complexidade do dano desenvolvido na compressão uniaxial fica evidente quando se analisa a característica final da fratura nos CSFV. Três formações distintas foram observadas, conforme é mostrado na figura 5: a fratura final por “cisalhamento”, a fratura em forma de “cunha” e com o formato de “abaulamento”.
Analisando-se separadamente os tipos de fratura encontrados, verificou-se que nos corpos de prova que apresentaram a fratura em forma de “abaulamento” ocorreu fissuração dentro do coremat. Nos corpos de prova que apresentaram a fratura em forma de “cunha” ocorreu menor fissuração dentro do coremat, quando comparado ao tipo de fratura anterior.
Figura 5: Demonstração das fraturas em forma de “cunha”, “abaulamento” e por cisalhamento, para o compósito CSFV.
É interessante notar que no trabalho de Yang et al. (2000) as características do dano encontradas, foram atribuídas aos diferentes tipos de tecidos têxteis usados como reforços. Os mecanismos de dano desenvolvidos foram semelhantes aos encontrados no presente trabalho de investigação para o caso do compósito CSFV. A diferenciação se dá no fato de que o laminado CSFV
Cunha
Abaulamento
apresenta diferentes formas de reforços (tecidos e mantas) em suas camadas constituintes. Esse fato pode justificar os diferentes tipos de dano encontrados, dependendo de que camada (ou tipo de tecido) foi responsável pela iniciação, formação e propagação do dano em cada laminado. Essa responsabilidade só pode ser comprovada com o monitoramento detalhado do mesmo. Ressalva se faz que os diferentes tipos de dano não estão diretamente relacionados com os valores encontrados da resistência última e do módulo elástico à compressão dos laminados (Silva et al, 2004).
Com relação à análise microscópica do CSFV, pode-se destacar: a presença de microfissuras transversais à aplicação da carga em todos os CPs e a presença de bolhas (defeitos de fabricação), algumas vezes originando microfissuras, como é mostrado na figura 6. Observa-se, também, fraturas adesiva (desaderência fibra – matriz) e coesiva na fibra de vidro e na matriz (figura 6 e 7). Considerando o tipo de fratura final ocorrida, pode-se destacar que, os corpos de prova que apresentaram o efeito “cunha” a maioria das microfissuras está concentrada na região de ruptura final e os corpos de prova que apresentaram “fratura por cisalhamento” Não apresentaram microfissuras fora da região de ruptura final.
Figura 6: Microfissura a partir de uma bolha provocando fraturas adesiva e coesiva (aumento de 200x).
A análise macroscópica realizada nos CPs do CSH fraturados à compressão uniaxial demonstrou que esta configuração possui várias características relacionadas ao compósito CSFV como a presença de delaminação entre todas as camadas e ruptura de fibras. Porém o CSH possuiu a fratura final somente em forma de “abaulamento”. Esta diferenciação do tipo de fratura final pode estar relacionada a vários fatores, dentre eles a hibridização do material, bem como os tipos de tecidos usados como reforços, já que para esse tipo de configuração, os tecidos são do tipo
Fratura coesiva na fibra
Fratura adesiva
(desaderência fibra-matriz)
Defeito de fabricação
bidirecionais. Um estudo detalhado acompanhado de um monitoramento do mecanismo de dano se faz necessário para comprovação.
Figura 7: Fraturas adesiva (desaderência fibra – matriz) e coesivas na fibra de vidro e na matriz (aumento de 400x).
Outra consideração importante foi a presença de delaminações entre as camadas de fibra de juta e fibra de vidro ao longo de todo corpo de prova. Este tipo de dano, pode ter sido causado pela grande tensão interlaminar que ocorreu entre as camadas durante a realização do ensaio, devido ao desequilíbrio de propriedades entre as fibras de vidro e de juta.
Na análise microscópica do mecanismo de dano, observou-se fissuras tranversais próximas da região de fratura final, exceto na camada central (coremat), onde a formação de fissuras foi mais intensa na região de fratura final. Pode-se notar a presença de microfissuras transversais e longitudinais nas camadas de tecido de fibras de vidro e de tecido de fibras de juta, conforme mostra a figura 8. Em alguns casos as mesmas resultam em delaminações entre todas as camadas do compósito.
A figura 9 mostra o processo de delaminação entre as camadas de fibras de vidro e juta. Também se observa, na região de ruptura final, a ruptura de fibras de vidro e de juta por completo. No tecido de fibra de juta teve-se a presença de fratura adesiva (desaderência fibra/matriz). Não foi observada a presença de delaminação entre as camadas de fibras de juta/coremat, indicando uma forte adesão, também na compressão.
Fratura coesiva na matriz
Fratura coesiva na fibra
Fratura adesiva
Figura 8: Fissura transversal originando delaminação interna às camadas de fibras vidro e juta (aumento de 50x).
Figura 9: Formação de delaminação entre as camadas de vidro e juta (aumento de 50x).
ABSORÇÃO DE UMIDADE PARA O CSH – MECANISMO DE DANO
O mecanismo de dano desenvolvido nos ensaios de tração uniaxial para os CPs úmidos, foi analisado de forma semelhante aos ensaios com os CP´S no estado seco, ou seja, através de análises macroscópica e microscópica dos CPs já fraturados.
Na análise macroscópica realizada nos CPs fraturados à tração para o estado úmido (CSHU), observou-se as mesmas características de dano dos CPs fraturados à tração dos CSHS (Compósito Sanduíche Híbrido Seco): Delaminação entre algumas camadas, ruptura de fibras de juta e de fibras
CAMADA DE FIBRA DE JUTA
CAMADA DE FIBRA DE VIDRO
Delaminação
Fissuras Transversais
CAMADA DE FIBRA DE JUTA
CAMADA DE FIBRA DE VIDRO
Delaminação
de vidro na região de fratura final sem, no entanto, verificar-se a ruptura total do CP. Não foi observado delaminação entre as camadas de fibras de juta e o coremat (camada central do laminado), significando uma forte aderência entre os dois materiais.
Com relação à análise microscópica do mecanismo de dano, pode-se destacar as seguintes características de dano: não foi registrada nenhuma formação de microfissuras nas superfícies livres do CSHU. No entanto, foi registrada a presença de delaminação entre as camadas mais internas de fibras de vidro e fibras de juta, ver figura 10, originando um total “isolamento” da camada de fibra de vidro já próximo à região de fratura final. Também foi comprovada a não existência de delaminação entre as camadas de fibras de juta e o coremat, presença de microfissuras transversais à aplicação da carga sendo que a propagação das mesmas se dá de forma isolada e situadas distantes da região de fratura final do CSHU, ver figura 11, não foi observada nenhuma formação de microfissuras e/ou fendas longitudinais.
Figura 10: Delaminação entre as camadas de fibras de juta e de fibras de vidro. Estado úmido (aumento de 50x).
Figura 11: Microfissura transversal entre as camadas de juta/vidro (aumento de 200x).
Delaminação
CAMADA DE FIBRA DE JUTA
Análise comparativa de dano – Estados Seco e Úmido – CSHS x CSHU
As microfissuras transversais se apresentam em maior número no estado úmido quando comparado ao estado seco. As interfaces delaminadas são as mesmas e, também, não foi observado delaminação entre as camadas de juta e o coremat. Deve-se fazer uma ressalva para a boa aderência entre o tecido de fibras de juta e o coremat, uma vez que a interface não sofre influência mesmo com a presença de umidade. Como conclusão, pode-se afirmar que a absorção da umidade não teve influência direta na formação do dano, e sim na forma de propagação, tendo em vista o maior número de microfissuras nos CPs úmidos.
CONCLUSÕES
A análise do mecanismo de dano desenvolvido nos ensaios de tração uniaxial demonstrou que as duas configurações possuíram, praticamente as mesmas características de dano (microfissuras transversais, desaderência fibra matriz, ruptura de fibra e delaminação). Não houve a presença de delaminação entre as camadas de manta de fibra de vidro e o coremat para o CSFV, bem como entre as camadas de fibras de juta e o coremat para CSH, comprovando boa resistência de adesão entre as mesmas;
A análise de fratura obtida nos ensaios de compressão uniaxial demonstrou, também, que as duas configurações possuem praticamente as mesmas características de fratura (microfissuras transversais, desaderência fibra matriz, ruptura de fibra e delaminação). A formação e propagação do mecanismo de dano entre os dois compósitos se processaram de formas distintas, ressaltando os “efeitos cunha e fratura por cisalhamento” verificados apenas no CSFV. A presença de diferentes tipos de tecidos usados como reforços parece ter grande influência na iniciação e formação do dano. Fatos esses, que só podem ser explicados com o monitoramento detalhado do dano.
Com relação à absorção de umidade, o mecanismo de dano desenvolvido nos CSHU não foi influenciado na sua formação, mas sim em sua propagação, pela presença de umidade.
De modo geral, dentro do estudo comparativo do mecanismo de dano entre as duas configurações, se pode ressaltar a necessidade de melhorar a resistência interfacial vidro/juta. Uma adesão interfacial mais forte deve ser buscada com a ajuda de agentes de ligação, de forma a modificar as propriedades químicas da interface, sem um aumento substancial de custo para o material.
REFERÊNCIAS
1. Araújo, M., Castro, E. M. M., Manual de engenharia têxtil. Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1984.
2. ASTM D 3039, Standard Test Method for Tensile Properties of Oriented Fiber Composites, Annual
3. ASTM D 570-81, Standard test metod for water absortuin of plastics, Annual Book of ASTM
Standard, Philadelphia, 1988.
4. Dvorak, G. J., Composite Materials: Inelastic Behavior, Damage, Fatigue and Fracture,
International Journal of Solids and Structure, V. 37, p. 155-170, 2000.
5. Ghosh, P., Samanta, A. K., Dev, D., Simultaneous free radical polymerization and acidic polycondensation of acrylamide-formaldehyde de resin in jute fabric, Journal Applied Polymer
Science, 64: 2473-2489, 1997.
6. Joseph, P., V. (a), Environmental effects on the degradation behaviour of sisal fibre reinforced polypropylene composites, Composites Science and Technology, V.62, p. 1357-1372. , 2002 7. Joseph, S. (b), A comparison of the mechanical properties of phenol formaldehyde composites
reinforced with banana fibres and glass fibres, Composites Science and Technology, V. 62, p. 1857-1868, 2002.
8. Margaria, G., Aquino, E. M. F., Estudo da Resistência/Rigidez em Laminados Compósitos Tubulares, 2° Congresso Internacional de Tecnologia Metalúrgica e de Materiais, 1997. 9. Mohanty, A.K. & Misra, M., Studies on Jute Composite – A Literature Review, Polym.-Plast.
Technol. Eng.,34(5), 729- 792, 1995.
10. Rana, A.K., Mandal, A. ,Bandyopadhyay, S., Short jute fiber reinforced polypropylene composites: effect of compatibiliser, impact modifier and fiber loading, Composites Science and Tecnology. V. 63, pp: 801- 806, 2003.
11. Scida, D., Aboura, Z., Benzeggagh, M. L., The Effect of Ageing on the Damage Events in Woven-Fibre Composite Materials Under Different Loading Conditions, Composites Science and
Technology, V. 62, p. 551-557, 2002.
12. Shan, Y., Liao, K., Environmental fatigue behaviour and life prediction of unidirecional glass-carbon/epoxi hybrid composites, International journal of fatigue, V. 24, p. 847-859, 2002. 13. Sreekala, M. S., Kumaran, M. G., Thomas, S., Water Sortion in Oil Palm Fiber Reinforced Phenol
Formaldehyde Composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, V. 33, p. 763-777, 2002.
14. Sreekala, M. S., Thomas, S., Effect of Fibre Surface Modification on Water-Sorption Characteristics of Oil Palm Fibres, Composites Science and Technology, V. 63, p. 861-869, 2003.
15. Yang, B., Kozey, V., Adanur, S., Kumar, S., Bending, Compression and Shear Behavior of Woven Glass Fiber-Epoxy Composites, Composites Part B: Engineering, V. 31, p. 715-721, 2000.
DAMAGE MECHANISM ANALYSIS OF HYBRID SANDWICH COMPOSITES WITH
NATURAL FIBRES
ABSTRACT
Hybrid composite is a combination of two or more different types of reinforcements, synthetic or natural. This combination it makes possible their application in different fields even in adverse conditions. Due to the low mechanical performance of most of the natural fibres, some limitations were observed on their application. Thus, a hybrid composite based on glass fibre and natural fibre should have a better mechanical performance with low production cost. The aim of this work was to study the damage mechanism and moisture absorption of hybrid sandwich composites submitted to tensile and compression uniaxial loading. Two kinds of laminates were used, both with a polyester matrix. One of them is composed by alternate layers of glass-E mat and glass-E bi-directional fabric (CSFV). The other is a hybrid composite with glass-E fibre in combination with jute fibre bi-directional fabrics (CSH). Both composites had a filling layer of polyethylene fabric (coremat firet). Experiments were carried out to study the damage mechanism caused on the specimens through tensile and compression tests. For the CSH composite the influence of the moisture absorption on the damage mechanism was also studied. Comparative studies were carried out with the objective to study the influence of the load type as well as the presence of natural fibres in the CSH on the formation and propagation of the damage on the final product.
