Este documento apresenta o processo de produção e análise de propriedades mecânicas de um compósito de resina epóxi e fibra de carbono. Inclui a produção do compósito, corte de corpos de prova, ensaios de tração, cálculos teóricos de propriedades e comparação com resultados experimentais. Os ensaios mostraram que o compósito tem melhores propriedades mecânicas quando solicitado longitudinalmente devido à orientação das fibras ortotrópicas de carbono.

1. André Felipe
Ellen Cristovão
Gabriele Cristine
Maria Carolina
Victor Gabriel
MATERIAL COMPÓSITO DE RESINA EPOXI E
FIBRA DE CARBONO
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
UNIDADE ACADÊMICA DO CABO DE SANTO AGOSTINHO

2. De acordo com William (2016)
pode-se definir, de maneira
geral, um compósito como
qualquer material multifásico
que exibe uma proporção
significativa das propriedades
de ambas as fases
constituintes.
INTRODUÇÃO

3. O presente trabalho busca apresentar o
processamento de um material
compósito a base fibra de carbono e
resina epóxi, demonstrar suas
propriedades a partir de um ensaio de
tração
7 corpos de prova na longitudinais (L)
5 corpos de prova nas transversais (T)

4. Objetivo Geral
Realizar o ensaio de tração em um compósito obtido
a partir de resina epóxi com fibra de carbono, a fim
de analisar os valores de suas propriedades
obtidos de forma experimental e compara-los com
os valores teóricos
OBJETIVOS
Produzir um compósito de resina epóxi com fibra
de carbono;
Apresentar a matriz;
Apresentar a fibra;
Fazer ensaios mecânicos conforme a norma
ASTM para extração de propriedades;
Cálculo da fração volumétrica da matriz e da
fibra;
Cálculo da quantidade de vazios;
Cálculos do módulo elástico e do limite
resistência a tração;
Comparar os valores teóricos dos obtidos
experimentalmente;
Objetivos Específicos

5. MATERIAIS
Tecido de fibra de carbono;
Resina Epóxi 2001 da Redelease;
Endurecedor Epóxi 3154 da Redelease;
Tesoura;
Régua;
Paquímetro;
Balança;
Proveta de 100 ml;
Água;
Placa de vidro;
Copos plásticos;
Máquina universal de tração.

6. 2.2.1.Produção do compósito
Para a preparação da resina, foram usadas duas medidas de
Resina Epóxi, que está representado na ilustração 1. Para uma
medida de Endurecedor Epóxi, como pode ser observado na
ilustração 2. Os componentes foram pesados em uma balança de
precisão, usando copos de plásticos.
METODOLOGIA
Ilustração 1 Ilustração 2

7. 2.2.1.Produção do compósito
Em um vidro recoberto por um plástico, foi espalhado um pouco
da mistura, em seguida foi colocada a fibra de carbono e para
finalizar foi colocado mais da mistura por cima da fibra, como
mostra a ilustração 3. Por fim, como pode ser visto na ilustração
4, foi colocado um vidro por cima do compósito, por 24h para
curar no formato desejado.
METODOLOGIA
Ilustração 3 Ilustração 4

8. 2.2.2.Produção do Corpo de Prova
Foi confeccionado dois modelos de corpo de prova, os
longitudinais (L) e os transversais (T) , eles foram cortados
com uma tesoura, com ajuda de um estilete. A partir de suas
medidas foi possível obter valores como, volume e densidade ,
como mostra a tabela a seguir:
METODOLOGIA

9. 2.3.Fração volumétrica
A fração volumétrica representa o quanto de volume a fibra
ocupa no compósito, geralmente em termos porcentuais. Para
calcular iremos utilizar a formula descrito na equação 1.1 na
seguinte página:
Primeiro iremos calcular a fração volumétrica da fibra
METODOLOGIA
Note que,
vF = Fração volumétrica da fibra
VF = Volume fibra
VC = Volume do compósito
(1.1)

10. 2.3.Fração volumétrica
Para iniciarmos os cálculos iremos adotar os valores de massa
utilizados no ensaio descrito na tabela 2 na seguinte página:
METODOLOGIA
Tabela 2
Para encontramos os parâmetros de volume vamos utilizar a equação 2.1:
Aonde,
Pf = Densidade da fibra;
Wf = Peso da fibra;
Vf = Volume da fibra;
(2.1)

11. 2.3.Fração volumétrica
Adotando os valores descritos posteriormente na tabela 1 e 2 na
equação 2.1 teremos:
METODOLOGIA
Multiplicando por V e em seguida isolando a incógnita chegaremos
na seguinte expressão:
Substituindo 2.3 em 1.1 e adotando os valores de volume tabela 1, teremos:
(2.2)
(2.3)
(1.2)

12. 2.3.Fração volumétrica
Chegando ao valor de:
METODOLOGIA
Agora vamos calcular a fração volumétrica da matriz e para isto utilizaremos a
equação 3.1:
Substituindo 5.4 e 1.3 em 3.1, temos:
Logo,
(1.3)
(3.1)
(3.2)
(3.3)

13. 2.4.Cálculo dos vazios
Os vazios em um compósito são os espaços que não são
preenchidos nem pela matriz e nem pela fibra, mas sim por ar,
esses vazios são defeitos dependem da forma de
processamento do material.
METODOLOGIA
Para cálculo da fração de vazios utilizaremos a equação 5.1:
(5.1)
Aonde,
Wf = Peso da fibra;
Pf = Densidade da fibra;
Wc = Peso do compósito;
Pm = Densidade da matriz;
Pc = Densidade do compósito.

14. 2.4.Cálculo dos vazios
Note que os valores de peso encontramos na Tabela 2 e os
valores da densidade na tabela 3 e 4. Substituindo os valores na
equação 5.1, temos:
METODOLOGIA
(5.2)
Obs: Para a densidade do compósito foi feita uma média de todas
as densidades dos corpos de prova da tabela 1.
Resolvendo as frações, temos::
(5.3)
Logo,
(5.4)

15. 2.5.Cálculos Teóricos
Os cálculos teóricos são aqueles que mais se aproximam do
princípio da aditividade em que a interação entre matriz-fibra
ocorre sem defeitos de modo a obter-se as melhores
propriedades.
Para iniciarmos os cálculos primeiro adotaremos algumas
propriedades que estão descritas a seguir na tabela 3 e 4:
METODOLOGIA
Tabela 3 -Propriedades da Matriz
Tabela 4 – Propriedades da fibra de carbono

16. 2.5.1.Limite de resistência a tração
O limite de resistência à tração é a tensão no ponto máximo da
curva tensão x deformação. É a tensão máxima sob tração que
o material consegue sustentar.
Para calcular o limite de resistência do compósito na direção
longitudinal e transversal, iremos utilizar a regra das misturas
que está apresentada, respectivamente, na equação 6.1 e 6.2.
METODOLOGIA
(6.1)
(6.2)

17. 2.5.1.Limite de resistência a tração
Utilizando os valores de tensões na tabela 4 e o valores de fração
volumétricas já calculados na equação 3.3 e 1.3, temos:
METODOLOGIA
(6.3)
(6.4)
Logo,
(6.5)
(6.6)

18. 2.5.2.Modulo elástico
O modulo elástico é a medida de rigidez na região elástica,
quanto maior o módulo, mais rígido será o material ou menor será
a deformação elástica resultante.
Para calcular o módulo elástico do compósito na direção
longitudinal e transversal, iremos utilizar a regra das misturas
que está apresentada, respectivamente, na equação 7.1 e 7.2.
METODOLOGIA (7.1)
(7.2)

19. 2.5.2.Modulo elástico
Utilizando os valores de tensões na tabela 4 e o valores de fração
volumétricas já calculados na equação 3.3 e 1.3, temos:
METODOLOGIA
(7.3)
(7.4)
Logo,
(7.5)
(7.6)

20. 3. ENSAIO TENSÃO X DEFORMAÇÃO
ENSAIO
TENSÃO X
DEFORMAÇÃO
Para observar melhor suas propriedades mecânicas, foi feito o ensaio de tração. Foram
analisados e expostos ao ensaio de tração um total de doze corpos de provas dos
compósitos de resina epóxi e fibra de carbono, sendo sete na direção longitudinal (L) e
cinco na transversal (T), nomeados como L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, T1, T2, T3, T4, T5.

21. 3. ENSAIO TENSÃO X DEFORMAÇÃO
(LONGITUDINAL)
ENSAIO
TENSÃO X
DEFORMAÇÃO

22. 3. ENSAIO TENSÃO X DEFORMAÇÃO
(TRANSVERSAL)
ENSAIO
TENSÃO X
DEFORMAÇÃO

23. Na longitudinal a deformação na fibra e matriz vão ser iguais, como as propriedades da fibra são
maiores então vai depender dela, o comportamento elástico vai ser no estado de isodeformação;
Na transversal as tensões vão ser as mesmas só que com diferentes propriedades, o comportamento
elástico vai estar no estado de isotensão;
O teórico é maior que o experimental pois a curva é calculada pelo princípio da adictividade, então as
propriedades vão ser as menores pois não leva em consideração os defeitos.
Nesse trabalho vimos que além de um levantamento da literatura para expor algumas particularidades do
compósito em questão, também foram realizadas algumas práticas para observar o comportamento do
compósito, comparando-os com a teoria. A partir disto pudemos inferir que todos materiais
confeccionados na longitudinal apresentaram melhores propriedades mecânicas do que se comparados ao
que estão na transversal, isso pode ser explicado pelo fato de que as fibras longitudinais estavam na
mesma direção do esforço aplicado, e como temos uma fibra ortotrópicos, consequentemente, teríamos
melhores propriedades mecânicas.
CONCLUSÃO

24. Obrigada pela atenção :)