TRIDIMENTIONAL CHARACTERIZATION OF POLYMER MATRIX GLASS FIBER REINFORCED COMPOSITES

• Main Author: LORENLEYN DE LA HOZ ALFORD
• Other Authors: SIDNEI PACIORNIK
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2016
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=29681@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=29681@2

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO === COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO === PROGRAMA DE SUPORTE À PÓS-GRADUAÇÃO DE INSTS. DE ENSINO === Compósitos são materiais tipicamente não homogêneos e anisotrópicos,tanto do ponto de vista microestrutural quanto de suas propriedadesmecânicas. Os mecanismos de falha são afetados pela distribuição espacial e pela qualidade da adesão na interface reforço-matriz. As técnicas tradicionais de caracterização microscópica são bastante limitadas para caracterizar este tipo de material, já que seções ou projeções bidimensionais podem não revelar completamente a microestrutura anisotrópica. Quando se busca entender a origem de mecanismos de falha, estas limitações são ainda mais importantes. Nesta dissertação foi desenvolvida uma metodologia de caracterização tridimensional baseada em microtomografia de raios-x. O material avaliado foi um compósito de matriz epóxi reforçado com fibras de vidro alinhadas unidirecionalmente. Corpos de prova (CP) foram tomografados antes e depois de ensaios de flexão em diferentes níveis de tensão. As imagens 3D foram analisadas para visualizar e quantificar vazios e trincas, tanto originados no processo de fabricação como gerados durante o ensaio mecânico. Para visualizar a evolução de defeitos com a tensão/deformação, foi estabelecido um procedimento de registro 3D entre as imagens dos CP´s como recebidos, após ensaio no regime elástico e após a falha. Uma avaliação da incerteza do procedimento foi realizada tomografando mais do que uma vez o CP, registrando e comparando as imagens 3D. Os resultados indicaram um crescimento do volume de defeitos após a falha do material. A visualização 3D de regiões específicas das tomografias permitiram identificar a formação e o crescimento de defeitos gerados pelo esforço mecânico. === Composites are typically no homogeneous and anisotropic materials, both from the point of microstructural view as well mechanical properties. The failure mechanisms are affected by the spatial distribution and quality of the adhesion the interface matrix-reinforcement. The traditional techniques of microscopic characterization are enough limited to characterize this type of material since sections or two-dimensional projections may not fully reveal the anisotropic microstructure. When search to understand the origin of failure mechanisms, these limitations are even more important. In the present work, a three-dimensional characterization methodology based on X-ray microtomography was developed. The material evaluated was an epoxy matrix composite reinforced with glass fibers unidirectionally aligned. The samples (CP) were tomographed before and after the bending tests at different loads. The 3D images were analyzed to identify and quantify voids and cracks, both defects were originated in the process of manufacturing as were generated during the mechanical tests. A 3D registration procedure was developed between the sample images obtained before and after the bending tests, in the elastic range and after the failure. An assessment of the uncertainty of the procedure was performed doing more than one tomography of the samples as received, registering and comparing the resulting 3D images. The results showed a clear increase in the volume of the defects after material failure. The 3D visualization of specific regions of the tomographies allowed the identification of the formation and the growth of these defects generated by the mechanical stress.