A study of the mechanical behavior of short fibers carbon/epoxy composites

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaEste estudo foi realizado na Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade de Coimbra e no Instituto Politécnico de Leiria, com o propósito de avaliar as propriedades mecânicas de compósitos reforçados com fibras curtas de carbono de matriz de resina epóxi. As fibras curtas tornaram-se reforços bastante eficazes no que toca resistência dos materiais poliméricos. Foi já estudado que, em certos casos, mesmo tratando-se de pequenas quantidades de fibras, a resistência do compósito tende a aumentar drasticamente. Os parâmetros considerados para a avaliação do comportamento mecânico destes compósitos foram a rugosidade, a tensão de ruptura, o módulo de armazenamento estático e dinâmico, a temperatura de transição vítrea, entre outros. Tenciona-se, com este estudo, criar uma contribuição para um melhor conhecimento da influência não só do conteúdo mas também do comprimento de fibra no comportamento mecânico dete tipo de compósitos. Os compósitos em estudo foram fabricados por moldação por compressão e a resina usada na matriz foi a Biresin®CR120. Foram utilizadas fibras curtas de carbono em diferentes percentagens e de diferentes comprimentos (2,4, e 6 mm). As placas de compósitos foram assim maquinadas para que os provetes tivessem as dimensões desejadas, mais nomeadamente para os ensaios de tracção e DMA. Realizaram-se ensaios de rugosidade, ensaios de tracção e de DMA, de modo a avaliar a existência de alguma relação do conteúdo e comprimento da fibra com os parâmetros mencionados. Foi também realizada uma avaliação ao microscópio electrónico de varrimento (SEM) de modo a analisar mais detalhadamente a superfície livre e de fractura dos provetes fracturados após a sujeitos à tracção.This work took place at Faculty of Sciences and Technology, University of Coimbra and Polytechnic of Leiria aiming an evaluation of short fibers carbon/epoxy composites mechanical properties.Carbon short fibers are known by their good mechanical properties and consequently, by its effectiveness on improving mechanical performance of polymeric materials. There are some studies that confirmed that in even small amounts the fibers could drastically increase the strength of some composites. The parameters considered on this work to evaluate the composites mechanical behavior were the roughness, the tensile strength, the storage modulus (static and dynamic), the glass transition temperature and others. This works aims to be a contribution for a better knowledge about the influence of fiber length and content on mechanical properties of this kind of materials. The composites were manufactured by compression moulding using short fiber reinforcements with different fiber contents and lengths (2, 4 and 6 mm), and the resin used as matrix was Biresin®CR120 and then the specimens were machined from the plates for desired dimensions to the tensile and DMA tests.Roughness evaluation, tensile and DMA tests were made with the purpose of study any possible relation between the described parameters and the length and fiber content. A SEM (Scanning electron microscope) analysis was also made in order to have a more detailed view of the fracture and free surface._____________________________