Fabrico e projeto de um permeabilímetro para a determinação da permeabilidade de reforços para materiais compósitos

Abstract

A utilização de materiais compósitos tem despertado um grande interesse nos mais diversos sectores da indústria e a sua utilização traz novos desafios tecnológicos e científicos. Combinar e impregnar reforços com uma matriz encontra-se bastante dependente do desenvolvimento de novos processos de transformação e da adaptação dos equipamentos. Um dos maiores problemas encontrados na produção de compósitos é a difícil e complexa tarefa de impregnação de reforços. Como o estudo, compreensão e previsão destes problemas está muito dependente da permeabilidade dos reforços, este projeto teve por objetivo desenvolver um equipamento capaz de simular um processo de impregnação bidimensional (no plano) de reforços de fibras usadas em materiais compósitos e de determinar a respetiva permeabilidade. Numa primeira fase, projetou-se um permeabilímetro usando um software CAD e, após cuidadosa definição e aquisição dos respetivos componentes, procedeu-se ao seu fabrico. Numa segunda fase, efetuou-se a validação do permeabilímetro e a determinação da permeabilidade com recurso à lei de Darcy. Para validação do equipamento verificou-se a concordância entre valores teóricos previamente calculados e os experimentalmente obtidos. Estudou-se a variação da configuração, gramagem, orientação e fração volúmica das fibras na permeabilidade. Verificou-se que, para gramagens idênticas e mesma orientação (0º), a permeabilidade é mais elevada para fibras unidirecionais do que com configuração Plain. Variando a orientação das fibras, verificou-se acontecer uma diminuição da permeabilidade da orientação de 0º para 45º, no caso da configuração Plain, e de 0º para 90º no caso da configuração Unidirecional. Comparou-se a utilização de gramagens entre os 200g/m2 e os 640g/m2 tendo-se verificado a diminuição de permeabilidade com o aumento da gramagem do reforço. Por fim, variando a fração volúmica das fibras observou-se uma diminuição da permeabilidade com o seu aumento.

The interest in using composite materials is growing considerably in various sectors of the industry as their use brings new technological and scientific challenges. Combining and impregnating reinforcements with matrices is quite dependent from the development of new processing techniques and adjustment of equipment. One of the biggest problems found in the composites production is the difficult and complex task of impregnating reinforcements. As to study, comprehend and previse such problems is quite dependent from reinforcement permeability, this project aimed to develop a device able to simulate the planar (bidimensional) impregnating process and determine the permeability of fibre reinforcements used in composites. In a first stage, a permeabilimeter was designed by using a CAD software and, after a careful selection and acquisition of components the equipment has been built. Then, in a second stage, the permeabilimeter was validated and used to determine the permeability using the Darcy's law. To validate the developed instrument the agreement between previously theoretical calculated vales and experimentally obtained ones has been verified. The effect of the variation of configuration, weight per unit area, orientation and the volumetric fraction of fibers on permeability was studied. It was verified that unidirectional fabrics presented greater permeability than plain fabrics at the same weight and orientation (0°). By varying fiber orientation, results had shown that permeability decreased when the orientation was changed from 0 ° to 45 ° in plain fabrics and from 0 º to 90 º in unidirectional fabrics. By comparing the use of fabrics of different weights, respectively, 200g/m2 and 640g/m2, it was found that their permeability decreased with weight increasing. Finally, by varying the fiber volume content it was observed that the permeability decreased when the fiber fraction increased.