Defesa de Henrique Fernandes Medeiros de Queiroz 18 de fev 2025
Título: ANALYSIS OF NOVEL 3D FIBRE REINFORCED NATURAL FIBRE HYBRID COMPOSITES FOR HIGH PERFORMANCE BONDED JOINTS
Aluno: Henrique Fernandes Medeiros de Queiroz
Orientadores:
Orientador(a): Ph.D. Doina Mariana Banea
Banca Examinadora:
Presidente, Professora Dra. Doina Mariana Banea (CEFET/RJ) (orientadora)
Professor Dr. Ricardo Alexandre Amar de Aguiar (CEFET/RJ)
Professor Dr. Hector Reynaldo Meneses Costa (CEFET/RJ) (suplente)
Professor Ph.D. Rosemere de Araújo Alves Lima (TU Delft/NL)
Professor Ph.D. João Marciano Laredo dos Reis (UFF)
Professor Dra. Marcelo Leite Ribeiro (USP)
Data:18 de fevereiro de 2025
Horário: 10h
Local de apresentação: Vídeo conferência – Teams
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Resumo
A indústria humana moderna se encontra em um ponto crucial. Cada setor deve enfrentar os efeitos inevitáveis das mudanças climáticas devido ao aquecimento global. Isso está ligado às emissões causadas pela queima de combustíveis fósseis não renováveis. Nesse contexto, as aplicações de materiais renováveis de fontes naturais e com impacto ambiental muito reduzido são imperativas. Na ciência dos materiais compósitos, isso se apresenta na forma de compósitos reforçados com fibras naturais. (NFRCs). Entre os muitos desafios enfrentados por qualquer novo material a ser utilizado por diversos setores industriais, a junção desses materiais a estruturas maiores deve ser abordada. Assim, esta pesquisa focou no desenvolvimento e caracterização de uma abordagem inovadora para melhorar o desempenho das juntas coladas de NFRCs. A questão surge das propriedades mecânicas inferiores das fibras naturais (i.e., juta, sisal e curauá) quando comparadas às fibras sintéticas clássicas. (i.e., vidro e carbono). Essas propriedades inferiores das fibras se traduzem em propriedades inferiores do compósito, que, por sua vez, sob as cargas de uma junta de sobreposição simples (SLJ), falha prematuramente. A técnica inovadora aplicada nesta pesquisa utiliza a arquitetura das fibras de reforço para melhorar as propriedades transversais (fora do plano) dos compósitos, de modo que falhas prematuras de delaminação devido à rotação da borda de sobreposição (tensões de descolamento) sejam diminuídas ou evitadas. O objetivo desta técnica era melhorar o desempenho da junta colada (ou seja, a carga de falha) dos NFRCs, de modo que
correspondesse ao das juntas sintéticas de vidro e carbono. (i.e., GFRP e CFRP). A técnica de reforço ortogonal tridimensional através da espessura (3D OTT) conseguiu ter sucesso nesse esforço com duas fibras de reforço secundárias distintas, SISAL e CURAUÁ. Tendo alcançado o principal objetivo desta pesquisa, permanece um amplo espectro de caracterização de materiais para facilitar uma aplicação industrial mais ampla desses novos NFRCs 3D. Portanto, foram realizadas análises mecânicas quasi-estáticas e dinâmicas, bem como análises pós-falha por meio de microscopia e microtomografia por raios X para caracterizar esses materiais. Foi encontrado, de maneira geral, que para as propriedades clássicas de materiais quasi-estáticos no plano, o reforço 3D não apresentou variações altamente significativas, o que está alinhado com a literatura predominante para compósitos 3D sintéticos. Além disso, para as propriedades de impacto de queda, foi encontrado que a arquitetura 3D apresenta uma melhoria altamente significativa na vida útil de fadiga de impacto de baixa velocidade (LVI) ou seja, foram encontradas melhorias de até 2x e 3,6x para os espécimes 3D de CURAUÁ e SISAL, respectivamente. Além disso, a análise de microCT demonstra que a técnica simples de moldagem por compressão utilizada nesta pesquisa conseguiu fabricar NFRCs com frações de vazios inferiores a 5%, que é o limite aceitável para aplicações automotivas. Portanto, esta pesquisa aplicou materiais inovadores com a clara intenção de melhorar o desempenho SLJ dos NFRCs. Ao alcançar seu objetivo, foi aplicado uma grande gama experimental de modo a melhorar a compreensão desses novos materiais para aplicações industriais mais amplas.
Palavras-chave: Compósitos naturais, juntas coladas, reforços tridimensionais.
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