Análise comparativa entre sistemas híbridos tubulares metal/compósito submetidos a ensaios de torção

Abstract

Este trabalho investigou o comportamento térmico, morfológico e mecânico de compósitos híbridos tubulares formados por tubos de alumínio 2024-T3 conjugados com camadas de fibras de sisal ou de vidro/aramida embebidas em matriz epóxi. As fibras de sisal foram previamente tratadas com solução de hidróxido de sódio (NaOH) para melhorar a adesão à matriz. Em seguida, confeccionaram-se pré-impregnados por laminação manual, com proporção volumétrica de 30% de fibras e 70% de matriz, aplicados aos tubos metálicos pelo método roll wrapping, com orientação das fibras a 0∘. Para manter proporções equilibradas entre os materiais, foram aplicadas duas camadas de sisal/epóxi e uma de vidro/aramida/epóxi, resultando nos compósitos finais denominados, respectivamente, Al/S2 e Al/VA. Os corpos de prova foram então curados termicamente e caracterizados morfologicamente, apresentando teores médios de vazios de 2,60% para o Al/S2 e 3,71% para o Al/VA, ambos dentro do limite de 5%, com variações atribuídas ao método de fabricação. A caracterização térmica por TGA-DTG mostrou que os compósitos possuem estabilidade até cerca de 350 ∘C, com o sistema vidro/aramida/epóxi apresentando maior temperatura de estabilidade térmica (349,30 ∘C) e menor perda de massa a 600 ∘C (53,62%). Já a análise por DSC indicou que ambos os compósitos atingiram altos graus decuraapósotratamentotérmico(97,24%parasisale98,57%paravidro/aramida),com o compósito sintético apresentando transição vítrea ligeiramente superior (56,83 ∘C). Os ensaiosdetorçãoforamconduzidosemregimeestático,comvelocidadeangularconstante de 1∘/s, até a ruptura dos corpos de prova. Nos ensaios de torção combinada com tração axial (torção-tração), aplicou-se uma carga axial fixa de 5 kg (≈ 49,03 N). o compósito Al/S2 apresentou melhor desempenho em termos de torque máximo, energia absorvida e resistência à ruptura, sendo em média 9% superior ao Al/VA. Já o compósito Al/VA apresentou maior módulo de cisalhamento e menor sensibilidade à aplicação de tração axial. A análise da deformação axial revelou maiores elongações para o Al/VA (0,71%) em relação ao Al/S2 (0,58%), coerente com as propriedades das fibras sintéticas. Por fim, aanálisedassuperfíciesfraturadasindicouque,sobtorçãopura,omodopredominantede falha foi a fratura longitudinal, enquanto a torção combinada com tração intensificou modos de falha mais complexos, incluindo fraturas transversais e delaminação. Sendo assim, a orientação a 0∘, paralela ao eixo do tubo, não favoreceu a resistência à torção, e não foi capaz de restringir os efeitos da tração, que agravaram os danos por cisalhamento. Dessa forma, os resultados evidenciam o potencial do compósito com fibras de sisal como alternativa sustentável e viável para aplicações estruturais, desde que se otimizem o processo de fabricação e a arquitetura das camadas.