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Comportamento mecânico sob fadiga de compósitos de polipropileno com reforço híbrido de fibras e microesferas ocas de vidro
dc.contributor.author | Carvalho, Gustavo Baldi de | |
dc.date.accessioned | 2022-04-11T14:03:15Z | |
dc.date.available | 2022-04-11T14:03:15Z | |
dc.date.issued | 2018-02-05 | |
dc.identifier.citation | CARVALHO, Gustavo Baldi de. Comportamento mecânico sob fadiga de compósitos de polipropileno com reforço híbrido de fibras e microesferas ocas de vidro. 2018. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15838. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15838 | |
dc.description.abstract | Short glass fiber (GF) reinforced polypropylene (PP) composites can be hybridized with hollow glass beads (HGB) in order to minimize the adverse effects arising from the preferential fiber orientation in injection molded parts, such as high mechanical properties anisotropy, differential shrinkage and warpage, and with additional advantage of reduced density of these ternary composites. These are important characteristics for engineering applications in lightweight and high-strength materials for the automotive, electro-electronic and home appliances industries. However, effective hybridization of a fibrous reinforcement with a particulate filler requires a clear understanding on the influence of interfacial interactions between the hybrid composite components (in this case, PP, GF and HGB, the last with and without silane treatment), on their mechanical properties. Thus, ternary composites of PP/GF/HGB with varying total and relative GF/HGB contents were prepared by dilution of pre-extruded concentrates of PP/GF and PP/HGB directly in the injection molding process and the short-term (tensile, flexural, impact and DMTA) and long-term mechanical properties (displacement controlled flexural fatigue) were analyzed. Tensile tests data of the ternary composites of PP/GF/HGB, in comparison to the binary composites of equivalent GF content, indicated an effective increase in the elastic modulus with increasing hybrid reinforcement content in the composites with up to 25 wt.% of GF. In the ternary composites with 30.0 wt.% GF, the elastic modulus tends to level off to the same modulus value of its corresponding binary composite of PP/30%GF, regardless of HGB content or its degree of interfacial adhesion with the PP matrix. However, the mechanical strength properties (tensile, flexural and impact) presented a strong dependence on the degree of polymer-HGB interfacial adhesion. In the hybrid composite systems with good PP-HGB adhesion, the strength values were equivalent to those of their corresponding binary PP/GF composites, whereas when PP-HGB adhesion is poor, the mechanical strength properties decreased slightly with increasing content of untreated HGB filler. Data from displacement-controlled three-point bending fatigue tests, monitored up to 106 cycles, showed differences between the fatigue stress amplitude decay rate behavior of the analyzed hybrid composites. Additionally, use of DMTA analysis in “as molded” and “post-fatigue” specimens revealed distinct behaviors due to different degree of interfacial interactions. The storage (E’) and loss (E”) modulus values indicated matrix polymer “strain softening” in the post-fatigue materials, while the mechanical damping tan δ curves were proportional to the energy dissipated by matrix-reinforcement interfacial frictional effects. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Compósitos híbridos | por |
dc.subject | Propriedades mecânicas | por |
dc.subject | Interações interfaciais | por |
dc.subject | Fadiga | por |
dc.subject | DMTA | por |
dc.subject | Hybrid composites | eng |
dc.subject | Mechanical properties | eng |
dc.subject | Interfacial interactions | eng |
dc.subject | Fatigue | eng |
dc.subject | DMTA | eng |
dc.title | Comportamento mecânico sob fadiga de compósitos de polipropileno com reforço híbrido de fibras e microesferas ocas de vidro | por |
dc.title.alternative | Mechanical behavior under fatigue of hybrid composites of polypropylene reinforced with short glass fibers and hollow glass beads | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Canevarolo Junior, Sebastião Vicente | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4153664441338178 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Sousa, José Alexandrino de | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7737833809468759 | por |
dc.description.resumo | Compósitos de polipropileno (PP) reforçados com fibras de vidro curtas (FV) podem ser hibridizados com microesferas de vidro ocas (MEVO) visando minimizar os efeitos adversos decorrentes da orientação preferencial das fibras em peças moldadas por injeção, tais como elevada anisotropia mecânica, alto encolhimento diferencial e empenamento, e com a vantagem adicional de redução na densidade destes compósitos ternários. Esses aspectos são importantes para aplicações de engenharia que requerem materiais de baixo peso e elevada resistência mecânica nas indústrias automotiva, eletroeletrônica e de eletrodomésticos. Entretanto, a eficaz hibridação de reforços fibrosos com cargas particuladas requer entendimento claro de como as interações interfaciais entre os componentes do compósito (neste caso, PP, FV e MEVO, a última com e sem tratamento silano) irão influenciar suas propriedades mecânicas. Neste sentido, compósitos ternários de PP/FV/MEVO com variados teores total e relativo de FV/MEVO foram preparados por diluição direta de concentrados binários pré-extrudados de PP/FV e PP/MEVO no processo de moldagem por injeção e o comportamento mecânico de curto prazo (tração, flexão, impacto e DMTA) e de longo prazo (fadiga em flexão sob deslocamento controlado) foram avaliados. Dados dos ensaios de tração dos compósitos ternários, em comparação aos dos binários de PP/FV com mesmo teor de FV, indicaram aumentos significativos no módulo elástico com teor crescente do reforço híbrido fibro-particulado nos compósitos com até 25% em peso de FV. Nos compósitos com 30% de FV, o módulo tende a nivelar ao valor correspondente ao do seu equivalente compósito binário (PP/30%FV), independentemente do teor de MEVO e do seu grau de adesão interfacial com a matriz de PP. Entretanto, as propriedades de resistência à tração, flexão e impacto nestes compósitos ternários mostraram uma forte dependência em relação ao grau de adesão interfacial polímero-MEVO. Nos sistemas em que a adesão interfacial é boa, a resistência do compósito híbrido se mantém constante e equivalente ao do seu correspondente binário de PP/FV, enquanto quando a adesão é fraca, a resistência cai ligeiramente com teor crescente de MEVO (não-tratada). Os dados de taxa de relaxação da amplitude de tensões nos ensaios de fadiga em flexão até 106 ciclos revelaram diferenças entre os compósitos ternários, em relação ao seu equivalente compósito binário referência de PP/30%FV. O uso da análise de DMTA em corpos-de-prova antes e após envelhecimento sob fadiga revelaram comportamentos distintos em função dos diferentes níveis de interações interfaciais. Os valores de módulo de armazenamento (E’) e de perda (E”) indicaram um processo de “amolecimento” (strain softening) sob deformação cíclica da matriz nos materiais pós-fadiga, enquanto as curvas de amortecimento mecânico (tan δ) foram proporcionais a energia dissipada por atrito interfacial entre o reforço híbrido e a matriz polimérica. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.description.sponsorshipId | CAPES: Código de Financiamento 001 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/2108032825479988 | por |