Carbon fiber reinforced polymer composites (CFRP) incorporating shape memory NiTi actuator wires: thermomechanical characterization using dynamic mechanical analysis (DMA).

Submitted by Ruth Quaresma de Freitas (ruth_quaresma@hotmail.com) on 2019-09-24T18:34:45Z No. of bitstreams: 1 ZOROASTRO TORRES VILAR - TESE PPG-CEMat 2013.pdf: 4812836 bytes, checksum: f19142ae6d18e7c8c480ec4b1977381a (MD5)Made available in DSpace on 2019-09-24T18:34:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZOROASTRO TORRES VILAR - TESE PPG-CEMat 2013.pdf: 4812836 bytes, checksum: f19142ae6d18e7c8c480ec4b1977381a (MD5) Previous issue date: 2013-04-25Alguns tipos de estruturas ativas podem ser obtidas através da introdução de fios de ligas com efeito de memória de forma (LMF) em uma matriz metálica, de compósito ou polimérica. As matrizes poliméricas encontram uma grande aplicabilidade para essa finalidade por possuírem módulo de elasticidade inferior ao dos fios de LMF. Entretanto, os compósitos obtidos com a junção entre LMF e uma matriz polimérica pura, apesar de demonstrarem um excelente potencial de ativação, não apresentam propriedades mecânicas tão elevadas, a exemplo de um módulo de elasticidade inferior a 10 GPa. Uma alternativa para obtenção de um compósito ativo com melhores propriedades mecânicas que vem sendo estudada em pesquisas recentes consiste na tentativa de obtenção de compósitos ativos através da introdução de LMF em uma matriz de epóxi com fibras de carbono (CFRP) ou com fibras de vidro (GFRP). Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivos desenvolver uma metodologia de fabricação de amostras CFRP incorporando fios LMF de NiTi e realizar a caracterização termomecânica e mecânica dinâmica detalhada através da aplicação da técnica de análise mecânica dinâmica (DMA), avaliando assim o potencial de ativação de um compósito de CFRP contendo fios de uma LMF NiTi. Para tanto, foi realizada inicialmente a caracterização previa dos constituintes a serem utilizados na confecção dos compósitos CFRP-NiTi e em seguida, através das dimensões possíveis para análise em DMA desenvolveu-se uma metodologia para a obtenção de amostras desse compósito com potencial de ativação (smart composite). Inicialmente partiu-se de uma matriz de CFRP com fibras totalmente alinhadas, o que forneceu um compósito com elevadas propriedades mecânicas (módulo de elasticidade e amortecimento). Constatando-se em seguida a necessidade de utilização de uma matriz com módulo de elasticidade mais baixo, foi feita uma análise da variação do módulo dos pré-impregnados de CFRP em função do ângulo da disposição das fibras de carbono, visando selecionar a matriz que melhor se adequasse a introdução de fios NiTi (módulo de elasticidade do CFRP próximo ao dos fios NiTi quando no estado martensitico) para obtenção de compósitos ativos. Os resultados de módulo de elasticidade em função da temperatura obtidos usando Análise Dinâmica-Mecânica (DMA) em diferentes modos de carregamento mecânico (tração e flexão simples) demonstraram que a matriz de CFRP com ângulo de fibras de 15º apresenta-se como uma opção para obtenção de compósitos potencialmente ativos, por fornecer propriedades mecânicas superiores às obtidas com as matrizes poliméricas puras e ao mesmo tempo apresentar um aumento do módulo de elasticidade e da capacidade de amortecimento consideráveis quando do aquecimento do sistema CFRP-NiTi.Active structures can be obtained by incorporation of wires with shape memory effect (SME) embedded into a metal or polymeric matrix. However, have been found that polymeric matrices present better results in a wide range of applications for this kind of purposes. Nevertheless, composites obtained from shape memory alloys (SMA) and polymeric matrix in spite of exhibiting an excellent activation potential do not show high mechanical properties, an example of this is a tensile modulus below 10 GPa. Recent studies are attempting to show the possibility of obtaining an active composite with improved mechanical properties through the introduction of SMA into an epoxy matrix, as carbon fibers (CFRP) as well glass fibers (GFRP). In this context, the aim of the present study is develop a methodology for manufacture CFRP NiTi samples to characterize thermomechanical and dynamic mechanical detail by applying the technique of dynamic mechanical analysis (DMA), thus evaluating the activation potential of composite (CFRP) containing Ni-Ti SMA wires embedded. Therefore, an initial analysis to characterize the constituents expected to be used and then through the possible dimensions for analysis in DMA has developed a methodology for obtaining samples of CFRP NiTi potentially active. Initially we used fiber matrix CFRP completely aligned, thereby providing a composite with high mechanical properties (elastic modulus and damping) and there is then the need for use of a matrix with lower elastic modulus, thus made by an analysis of the modulus variation for a pre-embedded (CFRP) aeronautic according to the disposition angle of the carbon fibers in order to determinate the more adequate matrix for introducing Ni-Ti SMA wires (elastic modulus of CFRP very close to Ni-Ti wires in martensitic state) to obtain active composite Results of elastic modulus vs. temperature obtained by Dynamic Mechanical Analyzer (DMA) at different mechanical loadings showed that the matrix (CFRP) with fibers oriented at an angle of 15° has enormous possibilities to obtaining composites potentially active, beside of providing higher mechanical properties than those produced with pure polymeric matrices also present an increase in the elastic modulus and damping capacity considerable, from heating the CFRP-NiTi system