Efeito do condicionamento ambiental nas propriedades de cisalhamento e viscoelásticas de compósitos híbridos metal-fibra

Abstract

O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos híbridos, combinando laminados poliméricos reforçados com fibras longas e placas metálicas, normalmente ligas de alumínio, denominados de CHMF, tem como uma de suas finalidades formar um conjunto de materiais que combine elevados valores de resistência mecânica, resistência ao impacto, rigidez e baixa massa específica. Essa combinação de propriedades torna os CHMF particularmente atrativos como substituintes das ligas metálicas e dos compósitos termorrígidos convencionais, em aplicações aeroespaciais. O objetivo deste trabalho de pesquisa é avaliar os efeitos de diferentes condicionamentos ambientais (umidade e temperatura elevadas, salinidade e variações súbitas de temperatura) em CHMF dos tipos GLARE® (metal-fibra de vidro) e CARALL® (metal-fibra de carbono). Os efeitos dos condicionamentos estudados foram avaliados por ensaios de cisalhamento interlaminar (ILSS) e Iosipescu e ensaios de vibração livre. O estudo revela que a exposição a elevados ciclos de temperatura influencia significativamente as propriedades de cisalhamento dos laminados, devido, principalmente, à diferença dos coeficientes de expansão térmica entre os seus constituintes. Observa-se também que os módulos de perda e armazenamento são afetados, devido à possível formação de microtrincas na matriz polimérica e degradação da interface metal/compósito. Já a presença do baixo teor de umidade, por sua vez, não afeta de maneira significativa as propriedades de cisalhamento e viscoelásticas. Finalmente, a exposição em atmosfera salina mostrou-se o condicionamento mais agressivo, devido à formação de “pits” de corrosão nas camadas metálicas dos laminados

The technological development of hybrid composites combining long-fiber reinforced polymeric laminates with metallic sheets, usually Al alloys, denominated FML, aims to obtain a range of materials with high mechanical strength values, stiffness and low weight. This combination of properties becomes the FML attractive as substitutes of both metal alloys and conventional thermosetting composites in aerospace applications. The objective of this work is to evaluate the effects of different environmental conditionings (high moisture and temperature, saline atmosphere and sudden changing of temperature) in GLARE® (glass fiber-metal laminates) and CARALL® (carbon fibermetal laminates) FML samples. Interlaminar and Iosipescu shear and free vibration tests were used to evaluate the studied environmental conditioning effects. The study shows that the exposure to high temperature cycles influences significantly the shear properties of the laminates, mainly due to the thermal expansion coefficient differences of their constituents. It is also observed that the loss and storage modules are affected due to the possible formation of microcracks in the polymer matrix and also the metal/composite interface degradation. In the other side, the presence of low moisture content does not affect so significantly the shear and viscoelastic properties. Finally, the saline atmosphere exposure showed the most aggressive conditioning, due to the formation of corrosion pits on the metal layers of the laminate