Resistência à fadiga de policarbonato reforçado com fibras de carbono

Abstract

No setor aeronáutico, os componentes das aeronaves, sejam tripuláveis ou não, estão sempre a ser confrontados com variações cíclicas de cargas. Estas, podem danificar a sua estrutura e, consequentemente, reduzir a sua vida útil. Assim, a presente dissertação tem como objetivo caraterizar o comportamento de materiais como o policarbonato (PC) e policarbonato reforçado com fibras de carbono (PCCF), impressos por fabrico aditivo, neste caso, por Fused Deposition Modeling (FDM), com vista a testar estes materiais a cargas estáticas e dinâmicas.PC e PCCF foram impressos numa impressora 3D, por FDM, com variáveis de impressão já otimizadas por estudos anteriores realizados na Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade de Coimbra (FCTUC). Estes materiais foram caraterizados a partir de ensaios à tração e à fadiga, onde se identificaram as respetivas resistências à tração, rigidez e vida à fadiga. A adição de fibras de carbono a PC provou ser significativamente positiva para a rigidez e vida à fadiga, todavia, a fraca ligação entre a matriz e o reforço provou ser um obstáculo para a obtenção de uma resistência à tração superior. Além disso, efetuou-se tratamentos térmicos de durações distintas, assim como variou-se as frequências de carga cíclica, de maneira a testar o comportamento dos materiais em diferentes situações de atividade. Estes testes demonstraram que o recozimento tem uma influência positiva nas propriedades, contudo, as variáveis deste tratamento devem ser revistas, de forma a aprimorar os resultados para o material PC. O aumento da frequência nos ensaios mostra ser favorável para o aumento da vida à fadiga para ambos os materiais. No entanto, no uso de frequências de valor maior, deve-se ter em atenção o possível efeito de autoaquecimento do material.

In the aeronautical sector, aircraft components, whether manned or unmanned, are always being confronted with cyclical variations in loads. These can damage their structure and, consequently, reduce their service life. Thus, this dissertation aims to characterize the behavior of materials such as polycarbonate (PC) and polycarbonate reinforced with carbon fiber (PCCF), printed by additive manufacturing, in this case, by Fused Deposition Modeling (FDM), in order to test these materials to static and dynamic loads.PC and PCCF were printed in a 3D printer, by FDM, with printing variables already optimized by previous studies conducted at the Faculty of Science and Technology of the University of Coimbra (FCTUC). These materials were characterized from tensile and fatigue tests, where their tensile strength, stiffness and fatigue life were identified. The addition of carbon fibers to PC proved to be significantly positive for stiffness and fatigue life, however, the weak bond between the matrix and the reinforcement proved to be an obstacle to obtain a higher tensile strength. In addition, heat treatments of different durations were performed, as well as varying the cyclic loading frequencies, in order to test the behavior of the materials in different activity situations. These tests showed that annealing has a positive influence on the properties, however, the variables of this treatment should be reviewed in order to improve the results for the PC material. Increasing the frequency in the tests shows to be favorable for increasing the fatigue life for both materials. However, when using higher value frequencies, attention should be paid to the possible self-heating effect of the material.