Aplicação de fibras de vidro do tipo C longas e curtas em compósitos

As eventuais vantagens da aplicação das fibras de vidro longas do tipo C, com resistência química, relativamente às fibras de vidro curtas do mesmo tipo, como material de reforço em compósitos poliméricos foram objetivo deste estudo. Para o desenvolvimento do estudo comparativo foram produzidos três tipos de amostras com a mesma matriz polimérica e aplicando a fibra longa e a fibra curta do tipo C. O primeiro tipo de amostras foi formado apenas por poliéster ortoftálico constituindo a amostra de referência, o segundo tipo foi formado pelo mesmo poliéster e a fibra longa e o terceiro tipo foi formado também pelo mesmo poliéster e a fibra curta. Além disso, as amostras foram produzidas com as dimensões especificadas nas respetivas normas consoante os ensaios mecânicos de flexão e abrasão. As amostras foram sujeitas a ambientes corrosivos, um constituído por ácido sulfúrico de 1% em massa e o outro constituído por hidróxido de sódio com a mesma concentração. Para as amostras de abrasão a corrosão durou até 20 dias a uma temperatura de 25 °C, enquanto para as amostras de flexão estas estiveram sujeitas à corrosão até um período até 30 dias igualmente a uma temperatura de 25 °C. Os resultados dos ensaios de flexão comprovam que a fibra longa aumenta a resistência mecânica e química dos compósitos, mas o aumento da resistência química é apenas relativamente à solução ácida. No entanto, a fibra curta não melhora nem a resistência mecânica nem a resistência química dos compósitos e a solução ácida aumentou a rigidez dos compósitos de fibra longa e de fibra curta. Os resultados da perda de massa das amostras sujeitas ao ensaio de abrasão concluem que o reforço de fibra aumenta a degradação do poliéster e na solução ácida as amostras de fibra longa degradaram menos do que as amostras de fibra curta devido a uma maior resistência a abrasão apresentada pelas amostras/compósitos de fibra longa. As espectroscopias de infravermelho (FT-IR) foram realizadas às amostras apenas de poliéster com e sem corrosão química permitindo avaliar a degradação química do poliéster concluindo que este degrada-se mais na solução básica. Por fim, as amostras foram analisadas no microscópio ótico onde se observa que as amostras de fibra curta apresentam as fibras mais expostas do que as amostras de fibra longa. As amostras também foram analisadas pelo microscópio eletrónico de varrimento (SEM), que confirma as conclusões relativamente ao microscópio ótico e que a degradação química ocorre na fronteira entre a fibra de vidro e a matriz polimérica, poliéster. Realizou-se, também, uma análise SEM por raios X acoplada com espectroscopia de energia dispersiva (SEM-EDS) que verifica a existência e expressão em quantidade dos elementos que constituem a superfície da fibra de vidro como o silício, o potássio, o magnésio, entre outros elementos. Sendo que, esta diferença na composição superficial entre a fibra longa e a fibra curta pode estar relacionada com uma maior adesão da matriz nas amostras de fibra longa relativamente às amostras de fibra curta conduzindo a uma maior corrosão química dos compósitos de fibra curta.The possible advantages of the application of the type C long glass fibers, with chemical resistance, relative to the short glass fibers of the same type, as reinforcing material in polymeric composites were the objective of this study. For the development of the comparative study three types of samples were produced with the same polymer matrix and applying the long fiber and short type C fiber. The first type of samples was formed only by orthophthalic polyester constituting the reference sample, the second type was formed by the same polyester and long fiber and the third type was also formed by the same polyester and short fiber. In addition, the samples were produced with the dimensions specified in the respective standards according to the mechanical tests of bending and abrasion. The samples were subjected to corrosive environments, one consisting of sulfuric acid 1% by mass and the other consisting of sodium hydroxide at the same concentration. For the abrasion samples the corrosion lasted for up to 20 days at a temperature of 25 ° C, while for the flexural samples these were subjected to corrosion for up to 30 days at a temperature of 25 ° C as well. The results of the flexural tests prove that the long fiber increases the mechanical and chemical resistance of the composites, but the increase of the chemical resistance is only with respect to the acid solution. However, short fiber does not improve either the mechanical strength or the chemical resistance of the composites and the acid solution has increased the stiffness of long fiber and short fiber composites. The results of the mass loss of the samples subjected to the abrasion test conclude that the fiber reinforcement increases the degradation of the polyester and in the acid solution the long fiber samples degraded less than the short fiber samples due to the higher abrasion resistance presented by the samples / composites of long fiber. Infrared spectroscopy (FT-IR) was performed on only polyester samples with and without chemical corrosion, allowing the evaluation of the chemical degradation of the polyester, concluding that it is degraded further in the basic solution. Finally, the samples were analyzed in the optical microscope where it is observed that the short fiber samples present the fibers more exposed than the long fiber samples. The samples were also analyzed by the scanning electron microscope (SEM), which confirms the conclusions regarding the optical microscope and that the chemical degradation occurs at the border between the glass fiber and the polymer matrix, polyester. An X-ray SEM analysis coupled with dispersive energy spectroscopy (SEM-EDS) was also performed, which verifies the existence and quantity expression of the elements that make up the glass fiber surface such as silicon, potassium, magnesium and other elements. This difference in the surface composition between the long fiber and the short fiber can be related to a higher adhesion of the matrix in the long fiber samples compared to the short fiber samples leading to a higher chemical corrosion of the short fiber composites.Mestrado em Engenharia Químic