Pultrusão de perfis para aplicações avançadas a partir de towpregs de elevado desempenho

Abstract

Nas últimas duas décadas, tem-se verificado um aumento do emprego de matrizes termoplásticas, em substituição das mais tradicionais termoendurecíveis, em compósitos reforçados com fibras em virtude das inúmeras vantagens associadas à sua aplicação. No entanto, a maior dificuldade de processamento destas matrizes, devido à inexistência de processos comercialmente rentáveis que permitam facilmente impregnar fibras longas com termoplásticos, tem limitado a sua aplicação. Por isso, um dos maiores desafios deste sector é, atualmente, o desenvolvimento de novas técnicas de impregnar fibras longas ou contínuas com termoplásticos e de transformação de compósitos de matriz termoplástica. Muitos dos desenvolvimentos em curso nesta área resultam da simples adaptação das tecnologias atualmente já empregues na transformação de compósitos de matriz termoendurecíveis. Neste trabalho, pretendeu-se produzir pré-impregnados termoplásticos, por deposição a seco de polifenileno auto reforçado (SRP) em pó sobre fibras de carbono contínuas e posteriormente transforma-los em perfis por pultrusão. Os compósitos resultantes foram caraterizados quantitativamente e qualitativamente. Estabeleceu-se, uma janela operatória que permite obter os pré-impregnados (towpregs) com frações mássicas em polímero entre os 32 e os 42%. Os parâmetros mais relevantes para a produção de towpregs foram otimizados através do método de Taguchi. As propriedades mecânicas obtidas em tração e flexão dos perfis produzidos foram comparadas com as estimadas pela teoria clássica dos laminados (CLT) usando a lei das misturas. Por fim, os resultados obtidos nos ensaios a que foram submetidos os perfis pultrudidos foram também comparados com as propriedades doutros compósitos de matriz termoplástica existentes no mercado.

In the last two decades the world face an increase of employment thermoplastic matrices replacing the more traditional thermosetting matrices in fiber reinforced polymer composites because of the numerous advantages associated with their application. However, the greatest difficulty processing these matrices, due to the lack of commercially viable processes which easily impregnate long fibers with thermoplastics, has limited their application. Therefore, one of the biggest challenges of this sector is currently developing new techniques to impregnate long or continuous fibers with thermoplastics and techniques to processing thermoplastic matrix composites. Many of the ongoing developments in this area are the result of simple adaptation of technologies currently employed in the processing of thermosetting matrix composites. The aim of this thesis was produce prepregs (towpregs) by dry deposition of a selfreinforced poly- phenylene (SRP) powder on continuous carbon fibers, which were after processed by pultrusion. The resulting composites were characterized by adequate testing. Towpregs production was optimized and relevant operational parameters established. A processing window was also determined allowing their production with polymer mass fractions from 32 to 42%. The mechanical properties obtained on the manufactured composites were compared with the theoretical predictions made by using the Classical Lamination Theory (CLT) and the Rule of Mixture (ROM). Finally, the mechanical properties of composites processed from towpregs were also compared with those of other available thermoplastic matrix composites.