Desenvolvimento de compósitos estruturais de politetrafluoretileno (PTFE) com fibras contínuas
Data
2017-11-15
Autores
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Editor
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Resumo
Descrição
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de compósitos estruturais de politetrafluoretileno (PTFE) com fibras de vidro contínuas e tem como objetivo a obtenção de um compósito com propriedades mecânicas que possibilite o uso em aplicações estruturais e que mantenham as características inerentes do PTFE sem reforços, tais como: baixo coeficiente de atrito, baixa interação química e elevada temperatura de trabalho. O PTFE é um polímero termoplástico, mas sua elevada viscosidade no estado fundido impede a utilização de moldagem por injeção. Componentes fabricados com PTFE são geralmente obtidos por compactação a frio do material granulado seguido de tratamento térmico. Neste estudo foi desenvolvida uma metodologia de fabricação de um laminado de PTFE e fibras contínuas, a partir do empilhamento, prensagem e tratamento térmico, de tecidos de fibra de vidro impregnados com PTFE. Foram estudadas as influências dos parâmetros de fabricação (prensagem e tratamento térmico) e de mecanismos que levam à degradação do laminado durante a fabricação, nas propriedades mecânicas finais dos compósitos. Foi também estudada a adição de uma quantidade complementar de PTFE ao laminado, com o intuito de se averiguar a possibilidade de se obter compósitos com revestimentos mais espessos de PTFE. O laminado foi avaliado por meio de ensaios de flexão 3-pontos e tração, para verificação dos ganhos na rigidez e resistência mecânica frente ao PTFE puro e por um ensaio de adesão fibra-matriz, baseado na norma ASTM D3167-03a. Como resultados, foram encontrados valores expressivos de resistência máxima aproximadamente 165 MPa e rigidez módulo de elasticidade de aproximadamente 14 GPa para valores adequados de processo de fabricação que minimizam efeitos de degradação dos laminados durante a fabricação. O trabalho mostrou a viabilidade de fabricação dos compósitos propostos e indicou uma rota a ser seguida para esta fabricação.
This work presents a study of the manufacturing of Polytetrafluoretylene (PTFE) composite with continuous fibres, which has the purpose of obtaining a composite with mechanical properties equivalent or better than that of engineering polymers, but that preserve the characteristics of PTFE products with no reinforcement (as low friction coefficient, low chemical interaction and high work temperature amplitude). The PTFE is a thermoplastic material, however its high molten viscosity prevents the use of melt injection techniques, and its components are obtained through cold compaction process followed by sintering. In this study it is proposed a methodology of PTFE laminate with continuous fibre manufacturing. The laminate was obtained by the pilling of PTFE-coated glass-fibre fabric in a metallic mold for the pressing and that were sinterised afterwards. The mechanisms that lead to degradation of the laminate and process parameters which influence the final mechanical properties of the product were speciafied. It was also studied the possibility of addition of a larger quantity of PTFE to the laminate in order to verify the possibility of making continuous laminate coating. The material was analysed through three-point bending test and tensile test applied to the manufactured test specimen to verify the gains of mechanical stiffness and strength in comparison to the pure PTFE and an adhesion test based on ASTM D3167-03a. The experimental results showed significant values of mechanical stiffness and strength for appropriate values of process parameters that minimize the effects of degradation of the laminate.
This work presents a study of the manufacturing of Polytetrafluoretylene (PTFE) composite with continuous fibres, which has the purpose of obtaining a composite with mechanical properties equivalent or better than that of engineering polymers, but that preserve the characteristics of PTFE products with no reinforcement (as low friction coefficient, low chemical interaction and high work temperature amplitude). The PTFE is a thermoplastic material, however its high molten viscosity prevents the use of melt injection techniques, and its components are obtained through cold compaction process followed by sintering. In this study it is proposed a methodology of PTFE laminate with continuous fibre manufacturing. The laminate was obtained by the pilling of PTFE-coated glass-fibre fabric in a metallic mold for the pressing and that were sinterised afterwards. The mechanisms that lead to degradation of the laminate and process parameters which influence the final mechanical properties of the product were speciafied. It was also studied the possibility of addition of a larger quantity of PTFE to the laminate in order to verify the possibility of making continuous laminate coating. The material was analysed through three-point bending test and tensile test applied to the manufactured test specimen to verify the gains of mechanical stiffness and strength in comparison to the pure PTFE and an adhesion test based on ASTM D3167-03a. The experimental results showed significant values of mechanical stiffness and strength for appropriate values of process parameters that minimize the effects of degradation of the laminate.
Palavras-chave
PTFE, Propriedades mecânicas, Parâmetros de fabricação, Fibras contínuas, Compósitos, Mechanical properties, Continuous fibres, Process parameters, PTFE, Composites