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A fragilidade dos plásticos reforçados com fibra: como a alta resistência encontra a delaminação?
Na ciência dos materiais, a delaminação refere-se à ocorrência de falhas em camadas nos materiais. Este modo de falha afeta não apenas plásticos reforçados com fibras, mas também uma variedade de materiais, como compósitos laminados e concreto. A delaminação geralmente resulta de estruturas em camadas criadas durante o processamento e é um problema comum em plásticos e metais fabricados com tecnologias como aço laminado ou impressão 3D.
Em compósitos laminados, as ligações entre as camadas geralmente falham primeiro, causando separação entre as camadas.
A estrutura dos plásticos reforçados com fibra geralmente consiste em um material de reforço de alta resistência (como fibra de carbono ou fibra de vidro) e uma matriz polimérica mais fraca (como resina epóxi). Nesta estrutura, quando uma carga perpendicular à camada de reforço é aplicada, ou quando uma carga de cisalhamento é aplicada, a matriz polimérica fica propensa a fissuras, e mesmo as fibras de reforço podem se desgrudar da matriz polimérica.
Para entender melhor o impacto da delaminação, vamos recorrer a outra aplicação comum: concreto armado. Neste material, quando ocorre a corrosão próxima à superfície da armadura metálica, ocorrerá a delaminação do concreto. À medida que o metal oxidado aumenta de volume, ele criará tensões quando restringido pelo concreto; quando essas tensões excederem a resistência do concreto, fissuras se formarão e se propagarão, fazendo com que a superfície do concreto se separe;
O manuseio inadequado durante o processamento pode levar à delaminação do material. Se a superfície do concreto descascar devido à construção inadequada, o risco é ainda maior.
Em materiais sólidos, a falha de estruturas em camadas devido ao manuseio inadequado não é um problema isolado, especialmente em técnicas de fabricação aditiva (como processos de deposição fundida), onde a lacuna entre a camada termoplástica de resfriamento e o substrato de resfriamento. As diferenças de temperatura também podem fazer com que as camadas se separem.
Método de detecção
Explorar formas eficazes de detectar a delaminação é uma tarefa importante na pesquisa em ciência dos materiais. Atualmente, uma variedade de técnicas de testes não destrutivos estão disponíveis para detectar delaminação em estruturas, incluindo inspeção visual, inspeção por percussão, imagens ultrassônicas, radiográficas e infravermelhas. A inspeção visual pode ser usada para detectar a delaminação na superfície e nas bordas dos materiais, mas não pode detectar a delaminação escondida dentro do material durante o corte.
A detecção de toque determina a presença de delaminação com base nas mudanças de som ao bater no material. Um som brilhante geralmente indica uma boa ligação dos materiais, enquanto um som abafado pode significar que algo está errado.
Na aplicação de materiais compósitos laminados, detectar a clareza do som é um método simples e eficaz para avaliar a condição do material. No entanto, a subjetividade deste método de detecção depende da capacidade auditiva e de julgamento do examinador, e alterações no projeto da peça também podem afetar a altura do som, afetando assim a conclusão da detecção.
Método de teste de resistência em camadas
No processo de resolução de problemas de camadas, os métodos de teste de resistência também são extremamente importantes. A Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) fornece uma série de padrões, incluindo testes de adesão de revestimentos, que são usados para avaliar revestimentos e sua adesão ao substrato e resistência à delaminação.
O teste de flexão é um método importante para testar a resistência à fratura entre tecidos e é frequentemente usado em laminados poliméricos reforçados com fibra unidirecional.
Além disso, o teste de resistência ao cisalhamento interlaminar também é usado para medir a resistência de ligação entre as fibras e a matriz. Sob diversas condições de carga, esses testes podem ajudar a avaliar o potencial de delaminação e orientar melhorias no material.
Além disso, para materiais naturais como a madeira, a resistência ao cisalhamento interlaminar também desempenha um papel importante. Por exemplo, a estrutura de um painel de piso torna-o suscetível a vibrações em resposta à deformação.
Desafios futuros
À medida que a tecnologia avança, os investigadores enfrentarão desafios crescentes para melhorar a resistência e a durabilidade dos materiais. Como superar as limitações inerentes ao material e obter plásticos reforçados com fibra mais estáveis? Este será um tema de pesquisa de longo prazo e uma questão digna de reflexão profunda.
