- Relação entre resistência ao cisalhamento no plano e parâmetros processuais de co-cura de juntas em compósitos auto-reforçados de polietileno de matriz reprocessada
- Relationship between in-plane shear resistance and co-cure processing parameters of joints in self-reinforced polyethylene composite with reprocessed matrix
- Vannucchi de Camargo, Felipe <1993>
Subject
- ING-IND/14 Progettazione meccanica e costruzione di macchine
Description
- Este estudo investiga a otimização da resistência ao cisalhamento no plano de juntas de sobreposição co-curadas do compósito termoplástico unidirecional auto-reforçado de polietileno de baixa densidade reciclado reforçado por fibras de polietileno de ultra alto peso molecular através da relação desta resistência com os parâmetros processuais de prensagem a quente para a conformação da junta (pressão, temperatura, tempo e comprimento). A matriz teve sua estrutura química analisada para verificar potenciais degradações devidas à sua origem de reciclagem. Matriz e reforço foram caracterizados termicamente para definir a janela de temperatura de processamento de junta a ser estudada. A elaboração das condições de cura dos corpos de prova foi feita de acordo com a metodologia de Projeto de Experimento de Superfície de Resposta e a relação entre a resistência ao cisalhamento das juntas e os respectivos parâmetros de cura foi obtida através de equação de regressão gerada pelo método dos Mínimos Quadrados Ordinários. A caracterização mecânica em tração do material foi analisada micro e macromecanicamente. A análise química da matriz não demonstrou a presença de grupos carboxílicos que evidenciassem degradação por ramificações de cadeia e reticulação advindos da reciclagem do material. As metodologias de ensaio propostas demonstraram ser eficazes, podendo servir como base para a constituição de normas técnicas. Demonstrou-se que é possível obter juntas com resistência ótima ao cisalhamento de 6,88 MPa quando processadas a 1 bar, 115°C, 5 min e com 12 mm. A análise da fratura revelou que a ruptura por cisalhamento das juntas foi precedida por múltiplas fissuras longitudinais induzidas por sucessivos debondings, tanto dentro quanto fora da junta, devido à tensão transversal acumulada na mesma, proporcional a seu comprimento. A temperatura demonstrou ser o parâmetro de processamento mais relevante para a performance da junta, a qual é pouco afetada por variações na pressão e tempo de cura.
- This study investigates the optimization of in-plane shear strength of co-cured overlap joints of unidirectional self-reinforced thermoplastic composite tapes made with recycled low-density polyethylene and reinforced by ultra-high molecular weight polyethylene through the relationship of this resistance with the hot-press processing parameters for the conformation of the joint (pressure, temperature, time and length). The matrix had its chemical structure analyzed to check for potential degradation due to its recycled origin. Matrix and reinforcement were thermally characterized to define the joint processing temperature window to be studied. The elaboration of the curing conditions of the specimens was done according to the Design of Experiment approach of Response Surface methodology, and the relationship between the shear strength of the joints and the respective cure parameters was obtained through a regression equation generated by the method of Ordinary Least Squares. The tensile characterization of the material was also conducted both micro and macromechanically. The chemical analysis of the matrix did not demonstrate the presence of carboxylic groups that could account for degradation by chain-scission and cross-linking resultant from the recycling of the material. The proposed test methodologies have proven to be effective and may serve in the future as a basis for the constitution of new technical standards. It has been shown that it is possible to obtain joints with optimum in-plane shear strength of 6.88 MPa when processed at 1 bar, 115°C, 5 min and 12 mm. The fracture analysis revealed that the shear rupture of the joints was preceded by multiple longitudinal cracks induced by successive debondings, both inside and outside the joint, due to the accumulated transverse tension, proportional to its length. Temperature proved to be the most relevant processing parameter for the performance of the joint, which is little affected by variations in pressure and curing time.
Date
- 2020-10-13
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-29017
Vannucchi de Camargo, Felipe (2020) Relationship between in-plane shear resistance and co-cure processing parameters of joints in self-reinforced polyethylene composite with reprocessed matrix, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Meccanica e scienze avanzate dell'ingegneria