Laminados fibra-metal com reforço híbrido de fibras de sisal e sintéticas

Abstract

Os Laminados de Fibra-Metal ou Fiber Metal Laminates (FML) são materiais compósitos híbridos fabricados a partir da união de camadas metálicas finas e camadas de materiais poliméricos reforçados com fibras (FRP). As fibras de carbono e de vidro são as fibras mais comumente investigadas e usadas em FMLs. Entretanto, os compósitos baseados em fontes renováveis ou biocompósitos têm surgido como alternativas ecologicamente atraentes aos compósitos tradicionais, devido a recentes preocupações ambientais e de sustentabilidade. Apesar das suas excelentes propriedades mecânicas, uma limitação dos FMLs está relacionada ao seu modo de processamento, visto que, durante a retração da cura, a diferença entre os coeficientes de expansão térmica (CTE) das camadas metálicas e das camadas de FRP ocasiona o desenvolvimento de tensões residuais. O nível de tensões residuais geradas após o processo de cura/pós-cura e a manifestação de deformações do componente híbrido final ainda são pouco discutidos na literatura. Neste contexto, o efeito da hibridização nas propriedades mecânicas, mecanismos de falha e tensões residuais de laminados de fibrametal baseados em fibras sintéticas de carbono ou vidro/sisal foi investigado. Neste estudo, dois grupos de laminados foram produzidos. O primeiro com alumínio monolítico e três tipos de laminados FRP (fibras de carbono, vidro e sisal), para obter as propriedades individuais de cada material. O segundo com dois tipos de FMLs, incluindo não-híbridos (um único tipo de FRP) e híbridos (alternando entre fibras sintéticas e naturais). As propriedades mecânicas de todos os laminados foram determinadas por meio de ensaios de tração acoplado a técnica de correlação de imagem digital (DIC). O mecanismo de fratura após o ensaio de tração também foi estudado por microtomografia de raios-x. As tensões residuais foram avaliadas usando o método de remoção de camada. Os resultados mostraram que a resistência à tração dos FMLs diminuiu após o processo de hibridização. Apesar disso, por meio das análises estatísticas dos resultados, confirmou-se a similaridade das propriedades mecânicas entre os grupos dos laminados híbridos e não-híbridos. Os FMLs híbridos apresentaram maiores tensões de ruptura, especialmente com fibras de sisal no núcleo das amostras. O uso de camadas de fibras de vidro/sisal resultou em menor delaminação devido a maior compatibilidade entre seus módulos de elasticidade. Também foi constatado que as fibras de sisal reduzem significativamente as tensões residuais nas camadas de alumínio e FRP, destacando seu papel na melhoria do desempenho do laminado e ressaltando o potencial para fabricação de estruturas em materiais compósitos eficientes e mais sustentáveis.