Otimização da adesão interfacial do compósito fibra de carbono/epóxi utilizando tratamento superficial oxidativo
Optimization of interfacial adhesion of the fiber carbon/ epoxy composite using surface oxidative treatment
Bárbara Silva Sales Guimarães, Luiz Eduardo de Carvalho, Carlos Alberto Alves Cairo
Resumo
As falhas estruturais em materiais compósitos ocorrem frequentemente devido a problemas no controle das interações interfaciais e o estudo para aprimorar a adesão interfacial entre o reforço e matriz é de suma importância para essa classe de materiais. O objetivo desse trabalho foi otimizar a adesão interfacial do compósito fibra de carbono/epóxi, aplicando um tratamento superficial oxidativo com ácido nítrico no reforço para comparar com compósitos com fibras não tradas. Testes de tração, picnometria, espectroscopia de raios X por dispersão em energia e de microscopia eletrônica de varredura foram usados para avaliar as propriedades e validar o tratamento aplicado. Os resultados obtidos incluem mudanças morfológicas superficiais nas fibras de carbono, alterando a rugosidade e a composição química. Tanto as fibras de carbono 3K quanto as 12K após tratamento tiveram um acréscimo de 11% e 26% na resistência à tração e também no módulo de elasticidade de 6% e 16%, respectivamente.
Palavras-chave
Abstract
Structural failures in composite materials often occur due to problems in controlling interfacial interactions and the study to improve the interfacial adhesion between the reinforcement and matriz is of paramount importance for this class of materials. The objective of this work was to optimize the interfacial adhesion of the carbon fiber/epoxy composite, applying oxidative surface treatment with nitric acid in the reinforcement to compare with composites with the untreated fibers. Traction tests, pycnometry, energy dispersion X-ray spectroscopy and scanning electron microscopy were used to determine the properties and validate the treatment applied. The results obtained include superficial morphological changes in the carbon fibers, modifying the roughness and chemical composition. Both the 3K and 12K carbon fibers after treatment had an increase of 11% and 26% in the tensile strength and also in the modulus of elasticity of 6% and 16%, respectively.
Keywords
References
1 Chawla KK. Composite materials: science and engineering. 3. ed. Birmingham: Springer; 2011. 533 p.
2 Callister WD Jr. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 7. ed. Rio de Janeiro:LTC Editora; 2008. 704 p.
3 Rezende MC, Costa ML, Botelho EC. Compósitos estruturais: tecnologia e prática. São Paulo: Artliber Editora Ltda; 2011. 396 p.
4 Levy F No. Pardini LC. Compósitos estruturais: ciência e tecnologia. São Paulo: Edgard Blucher; 2006. 313 p.
5 Burakowski L, Rezende MC. Modificação da rugosidade de fibras de carbono por método químico para aplicação em compósitos poliméricos. Polímeros, Ciência e Tecnologia. 2001;11(2):51-57.
6 Woodhead AL, Souza ML, Church JS. An investigation into the surface heterogeneity of nitric acid oxidized carbon fiber. Applied Surface Science. 2017;401:79-88.
7 Tita V. Projeto e fabricação de estruturas em materiais compósito polimérico. São Carlos: USP; 2007. 68 p.
8 Lubin G. Handbook of composites. Nova York: Van Nostrand Reinhold; 1982. 786 p
9 Xu B, Wang X, Lu Y. Surface modification of polyacrylonitrile-based carbon fiber and its interaction with imide. Applied Surface Science. 2006;253(30):2695-2701.
10 Yuan H, Wang C, Zhang S, Lin X. Effect of surface modification on carbon fiber and its reinforced phenolic matrix composite. Applied Surface Science. 2006;259:288-293.
11 Wu S, Liu Y, Ge Y, Ran L, Peng K, Yi M. Surface structures of PAN-based carbon fibers and their influences on the interface formation and mechanical properties of carbon-carbon composites. Composites Parte A: AppliedScieceand Manufacturing. 2016;90:480-488.
12 Zhang J, Tang H, Hao S. Study on Carbon Fiber Surface Treatment Based on Surface Oxidation Method. In: Proceedings of the 7th International Forum on Strategic Technology (IFOST); 2012; Tomsk, Rússia. USA: IEEE; 2013. p. 327-345.
13 ASTM International. ASTM D3039/D3039 M-00. Standard Teste Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Meterials. West Conshohocken, PA: ASTM International; 2000.
Submitted date:
03/25/2021
Accepted date:
08/05/2021
Facebook
Google+
Twitter
LinkedIn
Mendeley
StumbleUpon
CiteULike
Reddit
Email