O objetivo deste trabalho consiste na obtenção de compósitos nanoestruturados de poli (sulfeto de fenileno) (PPS) reforçados com nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) por meio da técnica de mistura em fusão, e posterior caracterização de suas propriedades morfológicas e térmicas. A análise por microscopia eletrônica de transmissão foi utilizada com o intuito de avaliar a qualidade da dispersão dos MWCNTs na matriz polimérica. A partir das curvas de termogravimetria obtidas, foi observado um aumento na temperatura máxima de degradação pela adição do nanoreforço na matriz polimérica. Além disso, o modelo matemático de Ozawa-Wall-Flynn foi utilizado com o intuito de determinar os parâmetros cinéticos de degradação. Os resultados mostraram um aumento de aproximadamente 25 ºC na temperatura máxima de degradação (Tmax) quando uma pequena quantidade de MWCNT (0,5 wt %) foi considerada. Este fato contribuiu para o aumento da estabilidade térmica do PPS.

The aim of this work is to obtain nanostructured composites of poly (phenylene sulfide), PPS, reinforced with multiwalled carbon nanotubes, MWCNT, by melt mixing technique and further characterization of their morphological and thermal properties. Transmission Electron Microscopy analysis was carried out to evaluate the quality of MWCNT dispersion throughout the PPS matrix. Thermogravimetry shows an increase in the maximum degradation temperature by the addition of the nanofiller to the polymeric matrix. In addition, Ozawa-Wall-Flynn modeling was used to determine the degradation parameters. The results showed that the maximum degradation temperature increased by ca. 25 ºC when a very small concentration of MWCNT (0.5 wt %) was considered, contributing to improve the thermal stability of PPS.

A matriz termoplástica semicristalina PEKK (poli (éter-cetona-cetona)) tem recebido nos últimos anos uma atenção crescente pelas indústrias aeronáutica e espacial, no processamento de compósitos poliméricos avançados. As características de elevados valores de temperatura de transição vítrea, de resistência mecânica e de módulo de elasticidade, baixa absorção de umidade, excelente resistência a variações de condições climáticas, combinadas a uma relativa baixa massa específica faz do PEKK uma atrativa opção para uma variedade de aplicações, principalmente na área aeronáutica. O objetivo deste trabalho é correlacionar parâmetros térmicos e reológicos do PEKK, por meio das técnicas de calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG) e reológica, no estabelecimento de um ciclo térmico de processamento, a ser utilizado na obtenção de laminados de PEKK com fibras de carbono, pela técnica de moldagem por compressão a quente de compósitos termoplásticos. Os resultados obtidos mostram que o PEKK apresenta um excelente balanço de propriedades, tais como elevada temperatura de transição vítrea (153-156 °C) e moderadas temperaturas de processamento, localizadas entre suas temperaturas de fusão (310-325 °C) e de degradação (352-366 °C), principalmente quando comparado com as matrizes atualmente mais utilizadas no setor aeronáutico: o PEEK (poli (éter-éter-cetona)); o PEI (poli (éter-imida)) e o PPS(poli(sulfona). A partir dos resultados térmicos e reológicos obtidos estabeleceu-se um ciclo térmico a ser utilizado no processamento de laminados PEKK/fibras de carbono pelo uso da moldagem por compressão a quente.

Semi-crystalline PEKK thermoplastic matrix used in advanced polymeric composites have received a lot of interest for aerospace application in the last years. The higher glass transition temperature, high strength and stiffness, low moisture absorption, excellent environmental resistance combined with its low density make PEKK an attractive option for a variety of applications in aerospace and aeronautical field. The aim of the present work is to analyze the influence of the thermal and rheological parameters of PEKK using the techniques Fourier Transform InfraRed (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetry (TG) and rheology, in the definition of processing thermal cycle to be utilized with the hot compression molding of thermoplastic composites. The results obtained from the thermal and rheological analyses showed that PEKK has an attractive balance of properties, such as a high transition temperature (Tg = 153-156 °C) and of being able to be processed at a moderate temperature, between the melting (310-325 °C) and degradation (352-366 °C) temperatures, mainly when compared with other polymers, including PEEK (polyether ether ketone), PEI (Polyetherimide) and PPS (polyphenylene sulfide). From these results, it was possible to establish appropriate thermal and rheological parameters to be used in hot compression molding of advanced polymeric laminates.

Peças em compósito termoplástico PPS/Carbono foram conformadas com o processo de moldagem por compressão a quente utilizando três diferentes ciclos térmicos, que foram avaliados pela análise comparativa do material antes e após o processo de conformação. As caracterizações dos laminados, antes e após a conformação, envolveram inspeção visual, análises por microscopia óptica avaliando a presença de vazios ou delaminações, determinação de cristalinidade pela técnica de DSC e avaliação das propriedades mecânicas em flexão. A análise dos resultados obtidos permite verificar que as peças conformadas não apresentam delaminações e vazios. Porém, no caso em que foi utilizado o molde mais frio (100 °C) verifica-se um decréscimo nas propriedades mecânicas de até 25% e uma diferença significativa do grau de cristalinidade medido na face da peça (13%) para o cerne da mesma (21%). Dado este não observado nas outras condições de processamento avaliadas (moldes a 170 e 210 °C), as quais apresentam graus de cristalinidade nas faces e no centro em torno de 20%.

Thermoplastic composite parts were produced by the hot press compression molding process with three different thermal cycles, which were evaluated employing the material comparative analysis, before and after the manufacturing of parts. The properties of laminates and parts were evaluated by visual inspection, presence of voids or delamination by using optical microscopy, degree of crystallinity (DoC) utilizing DSC technique and mechanical properties making use of the flexural test. The results showed no delamination or voids. However, when the coldest mold was used (100 °C), the mechanical properties decreased up to 25% and a significant difference of DoC was observed from the part surfaces in contact with the mold (13%) to its centre (21%). This did not occur with the other processing conditions (molds at 170 and 210 °C), which exhibited DoCs around 20%.

Poly(phenylene sulfide) (PPS) is an engineering thermoplastic polymer that presents high temperature resistance (glass transition temperature around 85 ºC and melting point at 285 ºC). These properties combined with its mechanical properties and its high chemical resistance allows its use in technological applications such as molding resins and as matrix for structural thermoplastic composites. During the manufacture of thermoplastic composites, the polymer is exposed to repeated melting, quenching and crystallization processes. The properties of semicrystalline polymers, such as PPS, depend on its crystallization behavior. This work deals with the PPS crystallization kinetics under different thermal cycles. This study was performed under isothermal conditions in a differential scanning calorimetry (DSC), coupled to Perkin Elmer crystallization software referred to as Pyris Kinetics - Crystallization. The results were correlated with microscopic analyses carried out in a polarized light microscope, equipped with a controlled heating and cooling accessory. In this case, the experimental conditions were the same adopted for the DSC analyses. From the results, parameters could be established to be used in the composite manufacture.

Este trabalho foi direcionado para a análise dos efeitos higrotérmicos na resistência à tração de compósitos poliméricos termorrígidos. Foram investigados os efeitos da umidade e da temperatura sobre as resistências à tração longitudinal e à tração transversal de compósitos ([0/0]s) de fita de carbono unidirecional impregnada com resina epóxi 8552. Os ensaios de resistência à tração longitudinal, realizados à temperatura ambiente, mostraram que as amostras não perderam sua resistência quando condicionadas. Porém, os compósitos apresentaram uma redução na sua resistência quando submetidos à câmara de climatização (80 °C e 90% de umidade) e ensaiados à temperatura elevada. Já nos ensaios de tração transversal foi observado que as amostras submetidas à câmara de névoa salina e ensaiadas à temperatura ambiente apresentaram uma pequena redução na sua resistência, porém as amostras submetidas à câmara de climatização mostraram uma redução acentuada na resistência As amostras ensaiadas à temperatura elevada e submetidas à câmara de névoa salina apresentaram uma pequena diminuição na sua resistência (11%). Já uma acentuada diminuição da resistência à tração transversal (51%) foi observada quando as amostras de compósitos poliméricos foram submetidas à câmara de climatização e ensaiadas à temperatura elevada. Também foram obtidas fotomicrografias via microscopia eletrônica de varredura (MEV) das seções de fraturas das amostras ensaiadas em tração em todos os tipos de condicionamento estudados no presente trabalho. Todos estes fatos mostraram que a matriz polimérica é afetada nos ensaios à temperatura elevada.

This work focused the analysis of hygrothermal ageing effects on the tensile strength of thermoset laminated composites. Humidity and temperature effects on the longitudinal and transversal tensile strengths of carbon fiber/epoxy 8552 unidirectional laminates tape composites ([0/0]s) were investigated. The longitudinal tensile strength results at room temperature was not significantly affected by exposing the samples to either the humidity-controlled chamber or the salt spray chamber. However, the specimens submitted to the humidity-controlled chamber and tested at elevated temperature (80 °C and 90% RH) presented a decrease in the longitudinal tensile strength. A small decrease in the transversal tensile strength results was observed during room temperature tests in the samples submitted to salt spray chamber. A higher decrease in the transversal tensile strength was verified in the samples submitted to the humidity-chamber. Samples submitted to the salt spray chamber tested at elevated temperature showed a small decrease in the transversal tensile strength (11%). A drastic reduction in the strength (51%) was observed in the samples submitted to the humidity-chamber and tested at high temperature. A fractograph study by scanning electronic microscopy (SEM) was performed in every single sample involved in the tests. These results highlight that the elevated temperatures affect the polymeric matrix.

Os compósitos poliméricos podem ser produzidos via moldagem em autoclave, onde as condições de processamento podem ser otimizadas a partir do conhecimento físico-químico da matriz polimérica. A evolução da cinética da reação de cura ocorre simultaneamente com as modificações no comportamento reológico do sistema polimérico, sendo comum denominar o fenômeno de comportamento reo-cinético. O presente trabalho tem como objetivo conhecer os parâmetros de cura, cinéticos e reológicos, de três diferentes sistemas de pré-impregnados de resina epóxi (cura a 177 °C), conhecidos como F161, F584 e 8552, hoje usados na indústria aeronáutica brasileira. Este estudo foi realizado com o auxílio das técnicas de DSC e reologia, utilizando-se análises dinâmicas e isotérmicas. Com isso, foi possível estabelecer a ordem de reação e a cinética de cura dos sistemas estudados. Neste estudo, foram utilizados como modelos matemáticos o de ordem n e o autocatalítico com ordem total de aproximadamente 2. A temperatura de gel foi de ~100 °C, e o tempo de gel correspondente foi de 135 segundos. A partir do conhecimento da cinética de cura e dos parâmetros reológicos dos sistemas de pré-impregnados foi possível estabelecer um ciclo de cura destinado à consolidação das peças aeronáuticas via moldagem em autoclave.

Autoclave molding produces polymer composites, where the processing conditions can be optimized with physicochemical knowledge of the polymeric matrix. The cure reaction evolves simultaneously with changes in rheology, which is normally refered to as rheo-kinetic behavior. With the knowledge of the appropriate cure cycle one can identify the steps in which pressure should be applied and when to raise the temperature. This paper is aimed at investigating the cure, kinetics and rheological parameters of three prepreg epoxy systems, namely F161, F584 and 8552, which are currently used in the Brazilian aeronautic industry. Differential scanning calorimetry (DSC) and rheological techniques have been used, both in the isothermal and dynamic modes. Kinetics data were obtained from dynamic and isothermal DSC, with rheological measurements being carried out during the cure. The mathematical models used were the nth order reaction model and the autocatalytic model with order of 2. The gel temperature was ~100 °C, and the corresponding gelification time was 135 s. With the determination of the kinetics for the cure and of the rheological parameters of the prepreg systems, a cure cycle should be established that led to high-performance composites using the autoclave molding.

Parâmetros cinéticos e reológicos relacionados com o ciclo de cura de um sistema de pré-impregnado de resina epóxi (F584)/fibra de carbono (prepreg) foram determinados pelo uso de análises térmicas (DSC e DMA) e reológicas. Os parâmetros determinados foram utilizados para avaliar o ciclo de cura hoje utilizado industrialmente no processamento de compósitos poliméricos pelo uso do prepreg em estudo.Baseando-se nos resultados das análises térmicas realizadas foi constatado para o sistema estudado que a cinética de cura é de ordem n = 1,3 e que a razão de aquecimento mais apropriada na obtenção de compósito polimérico é de 2,5 °C/min, pois esta razão de aquecimento proporciona um ciclo de cura a temperaturas mais baixas, quando comparada às demais razões estudadas, 5 e 10°C/min, favorecendo uma cura mais homogênea e melhor controlada.

The kinetic and rheological parameters related to the cure cycle of an epoxy resin (F584)/carbon fiber pre-impregnated (prepreg) system were determined by thermal and rheological analysis. The results were used to evaluate the cure cycle nowadays used in the composite processing industry, with the same prepreg system. Based on thermal analyses results it was verified that the curing of the epoxy resin follows a polymerization kinetic of n = 1,3 order and that the heating rate more adequate for the composite processing is equal to 2,5 °C/min. This heating rate favors a cure cycle at lower temperatures, when compared to the other heating rates studied, 5 e 10 °C/min, allowing a more homogeneous and better controlled cure reactions.

A presença de vazios em compósitos estruturais pode ter efeitos significativos. Em geral, os vazios diminuem a resistência estática e a vida em fadiga de laminados. Essa influência é bastante pronunciada na resistência ao cisalhamento interlaminar, compressão, entre outras, onde as propriedades mecânicas da matriz exercem maior influência sobre o comportamento do compósito. O presente artigo descreve o estudo do efeito da porosidade na resistência ao cisalhamento interlaminar de sistemas de compósitos de tecido e tape (fitas unidirecionais) de carbono aglutinados com matriz epóxi. Os laminados foram produzidos de maneira semelhante, bem como o processo de introdução de vazios (na faixa de 0a 12% de porosidade).Os compósitos foram avaliados por análises microscópicas e inspeção ultra-sônica e os valores de atenuação medidos foram convertidos em coeficientes de absorção para permitir uma normalização dos dados. O critério de fratura de Mar-Lin apresentou bom ajuste, mostrando-se adequado para o estudo de porosidade em compósitos. Por meio desse critério foi determinado que somente os laminados com porosidade acima de 0,9% para tecido de carbono/epóxi e acima de 0,75% para laminados de tape de carbono/epóxi é que apresentam redução de suas propriedades mecânicas

The presence of voids has deleterious effects on the structural performance of composites. In general, voids decrease the static strength and lifetime under fatigue. The influence is more pronounced in the interlaminar shear strength (ILSS), compressive strength, and others that are associated with matrix- dominated mechanical properties. This work reports the effect of porosity on the interlaminar shear strength (ILSS) of epoxy-impregnated carbon fabric and tape composites. Several laminates with different void content (porosity range of 0-12%) were prepared in a similar way. The composites were characterized by microscopy and ultrasonic inspection with the attenuation values being converted in absorption coefficients and correlated with ILSS results. The Mar-Lin fracture criterion provided a good fit to the experimental data and was deemed adequate to predict the strength of porous composites. It was observed that carbon fabric laminate with porosity level higher than 0.9% and carbon tape laminates with porosity above 0.75% led to the reduction of the mechanical strength.

Nas últimas décadas tem-se estudado a cinética da reação de cura de resinas epóxi por meio de técnicas analíticas como por exemplo a calorimetria exploratória diferencial. O uso desta técnica permite utilizar vários métodos de estudo da cinética de cura, divididos em: métodos dinâmicos e isotérmicos, e cada pesquisador escolhe o que melhor se adapta às suas necessidades. O presente trabalho tem como objetivo orientar na escolha de qual método deve ser utilizado, em função dos sistemas poliméricos em estudo, bem como sumarizar os principais métodos utilizados, auxiliando, dessa forma, no estudo da cinética de cura de resinas epóxi.

The cure reaction kinetics of epoxy resins has been the object of many studies during the last decades. The cure process parameters can be obtained by using isothermal and dynamic differential scanning calorimetry analysis (DSC). The choice of the most suitable method depends on the requirements established by the researcher regarding the extent of the reaction. The main objective of the present work is to provide guidelines for the most appropriate method to be used in cure kinetics studies of epoxy matrix systems.