Estudo do processamento de compósitos termoplásticos a partir de pré-impregnados peek/fibra de carbono por moldagem por compressão a quente

Abstract

Resumo: Os compósitos termoplásticos de alto desempenho vêm despertando grande interesse dos fabricantes aeronáuticos por apresentarem algumas vantagens importantes em relação aos tradicionais compósitos termorrígidos, como por exemplo: melhor resistência ao impacto; maior tolerância ao dano; baixa flamabilidade; possibilidades de reprocessamento; não necessitam da utilização de auto-chaves para o seu processamento e acondicionamento térmico em baixas temperaturas do pré-impregnado (-18ºC), pois são armazenados a temperatura ambiente e possuem vida indeterminada de armazenamento (shelf-life). O custo de desenvolvimento de técnicas de processamento e, principalmente, de certificação dos compósitos termoplásticos para uso em estruturas de responsabilidade estrutural primária, tem inibido no presente momento a maior aplicação destes materiais na indústria aeroespacial. O aprimoramento das técnicas atuais e aplicação de novas técnicas de processamento desenvolverão um papel fundamental para ultrapassagem destas barreiras atualmente impostas aos materiais termoplásticos de alto desempenho. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho é estudar o processamento por moldagem por compressão a quente de um compósito termoplástico baseado em pré-impregnado de PEEK/fibra de carbono e sua caracterização pelas técnicas: calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), microscopia óptica de luz polarizada (MOLP) e resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS). Baseado nos resultados obtidos com as técnicas de DSC, TGA e MOLP foi determinado que a faixa de temperatura mais adequada para o processamento do PEEK encontra-se entre 380ºC e 440ºC, a partir do tecido pré-impregnado TowFlex CPEEK-101. Por DMTA foi obtida a temperatura máxima de 115ºC para uso destes compósitos submetidos a cargas estruturais intermitentes. Para o mesmo processo de fabricação e tecido pré-impregnado, utilizando-se pressão de moldagem de 10 MPa, com 16 camadas de tecidos, resultou em laminados com valores médios de ILSS de 19,4 MPa, enquanto que usando pressão de moldagem de 5MPa, com 12 camadas de tecidos, os valores médios obtidos de ILSS foram de 14, 7MPa.

Abstract: The high performance thermoplastic composites have attracted great interest from aerospace manufacturers for presenting some important advantages over traditional thermoset composites, for example, better impact resistance, greater damage tolerance, low flammability, possibilities reprocessing do not require the use of autoclaves for processing and packing heat at low temperatures of the prepreg (-18 ºC) as they are stored at room temperature and indefinite storage life (shelf life). The cost of developing processing techniques and especially the certification of thermoplastic composite structures for use in primary structural responsibility, has inhibited at present the largest application of these materials in the aerospace industry. The improvement of current techniques and novel processing techniques to develop a fundamental role exceeded those barriers currently imposed on high-performance thermoplastic materials, requiring greater efforts in research of these solutions. In this context, the objective of this study is the processing by hot compression molding of a thermoplastic-based composite prepreg of PEEK / carbon fiber and its characterization by techniques: differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), polarized light microscopy (MOLP), heat shock (in progress) and shear strength (ILSS). Based on the results obtained with the techniques of DSC, TGA and MOLP was determined that the temperature range suitable for processing of PEEK is between 380 ° C and 440 ° C, from the fabric prepreg TowFlex® CPEEK-101. By DMTA was obtained by the maximum temperature of 115 degrees to use these composites subjected to intermittent structural loads. For the same manufacturing process and fabric prepreg using molding pressure of 0 MPa, with 16 layers of fabric, resulting in laminates with average values of ILSS of 19.4 MPa, while using pressure molding 5MPa with 12 layers of tissue, average values of ILSS of 14.7 MPa.