Mechanical and Dynamic-Mechanical Performance of Sustainable Composites Reinforced with Sisal Fibers

Abstract

Os compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais têm-se destacado como alternativas promissoras aos materiais sintéticos tradicionais, sobretudo em função de sua baixa densidade, de sua origem renovável e do potencial de redução de impactos ambientais. No entanto, a aplicação desses materiais em componentes estruturais ainda enfrenta desafios relacionados à estabilidade de suas propriedades mecânicas e ao comportamento sob diferentes condições de carregamento ao longo do tempo. Nesse contexto, torna-se fundamental compreender tanto a evolução das propriedades residuais após solicitações de longa duração quanto a resposta viscoelástica sob carregamentos cíclicos. Diante disso, esta dissertação tem como objetivo investigar o comportamento mecânico residual e dinâmico-mecânico de compósitos sisal/epóxi e de laminados de fibra-metal (FMLs) com reforço híbrido de fibras de sisal e de fibras sintéticas. No primeiro capítulo, foram avaliadas as propriedades térmicas e mecânicas residuais de compósitos sisal/epóxi previamente submetidos a ensaios de fluência, considerando a influência das condições de cura da matriz e da orientação das fibras. No segundo capítulo, foi analisado o comportamento dinâmico-mecânico de compósitos sisal/epóxi, sem histórico prévio de carregamento, e de laminados híbridos de fibra-metal, por meio de ensaios de análise dinâmica-mecânica (DMA). Os resultados mostraram que o carregamento de fluência atuou como um agente adicional de ativação da cura residual da matriz, promovendo o aumento da densidade de ligações cruzadas e contribuindo para a melhoria das propriedades térmicas e, em determinados casos, do desempenho mecânico dos compósitos. Para sistemas com melhor qualidade interfacial, como aqueles submetidos à cura à temperatura ambiente, seguida de pós-cura, observaram-se aumentos significativos na resistência à tração após a fluência, da ordem de 47,7% para laminados unidirecionais e 22,6% para laminados cross-ply. No que se refere ao comportamento dinâmico-mecânico, verificou-se que a resposta viscoelástica dos materiais é fortemente influenciada pelas condições de cura, pela orientação das fibras e pela arquitetura do laminado. A incorporação de fibras naturais promoveu aumento da rigidez e alterações nos mecanismos dissipativos, enquanto a hibridização com fibras sintéticas e a inclusão de camadas metálicas nos FMLs modificaram a distribuição de tensões e a capacidade de armazenamento e dissipação de energia. Observou-se, ainda, que a interação entre as diferentes fases constituintes desempenha papel determinante na resposta dinâmica do material, especialmente em sistemas híbridos. De forma geral, os resultados mostraram que o desempenho de compósitos reforçados com fibras de sisal e de laminados híbridos de fibra-metal está diretamente relacionado às condições de processamento, à qualidade da interface fibra/matriz e à configuração estrutural do sistema.