Laminados poliuretano termoplástico/aramida : produção e análise de adesão e indentação quase estática

Abstract

Os compósitos são uma classe de materiais relevantes em estruturas de defesa, como aeronaves, componentes de proteção veicular e pessoal. Eles devem manter a integridade estrutural após danos causados por eventos de impactos que ocorrem em variadas taxas de velocidade e energia. O avanço tecnológico e ascensão dos compósitos termoplásticos, assim como a busca por aumento de propriedades específicas, redução de peso e reciclabilidade tornaram-se mais importantes na última década. Melhoria significativa em resistência aos danos por impacto pode ser obtida pelo uso de poliuretano termoplástico por suas excelentes propriedades adesivas e de impacto. Neste trabalho, filmes de poliuretano termoplástico (TPU) foram processados via extrusão plana para manufatura de laminados termoplásticos por compressão à quente e investigou-se o efeito do teor de TPU na capacidade de absorção de energia de indentação quase-estática (QSI) de laminados reforçados com Kevlar® XPS 307. Configurações variando o percentual de TPU (13%, 30% e 39% em massa) e o número de camadas de Kevlar® (8, 10 e 12) foram produzidas. Foi realizado um estudo prévio para avaliação do efeito dos parâmetros de processamento (temperatura, pressão e tempo), e otimização da adesividade entre os constituintes. A análise morfológica do compósito mostrou que o TPU estava bem distribuído entre as camadas o que contribuiu para adesividade. Resultados de ensaios de t-peel indicaram que os laminados contendo 30% de TPU apresentaram maior adesividade entre camadas em relação às outras configurações. Avaliações mecânicas de tração, cisalhamento e QSI comprovaram que o aumento no teor de TPU causou redução significativa na rigidez do material em tração, bem como na resistência ao cisalhamento. Por outro lado, promoveu tendência de aumento na absorção de energia de penetração pela deformabilidade conferida pela matriz. Análises dinâmico-mecânicas (DMA) comprovaram que a combinação TPU/aramida possui propriedades satisfatórias na aplicação em estruturas sujeitas a impacto, podendo substituir estruturas mais rígidas e densas utilizadas atualmente.

Composites are a class of materials relevant to defense structures such as aircraft, vehicle protection components, and personnel protection. They must maintain structural integrity after damage caused by impact events that occur at varying rates of speed and energy. The technological advancement and rise of thermoplastic composites, as well as the search for increased specific properties, weight reduction and recyclability have become more important in the last decade. Significant improvement in resistance to impact damage can be achieved using thermoplastic polyurethane for its excellent adhesive and impact properties. In this work, thermoplastic polyurethane (TPU) films were processed via flat extrusion for the manufacture of thermoplastic laminates by hot compression and the effect of TPU content on the energy absorption capacity of quasi-static indentation of Kevlar® XPS 307 reinforced laminates was investigated. Configurations varying the TPU (13%, 30% and 39% by mass) content and the number of Kevlar® layers (8, 10 and 12) were produced. A previous study was carried out to evaluate the effect of the processing parameters (temperature, pressure and time), and to optimize the adhesiveness between the constituents. The morphological analysis of the composite showed that the TPU was well distributed among the layers, which contributed to the adhesiveness. Results of t-peel tests indicated that laminates containing 30% TPU showed higher adhesion between layers in relation to other configurations. Mechanical evaluations of tensile, shear and QSI proved that the increase in TPU content caused a significant reduction in the stiffness of the material in tensile, as well as in the shear strength. On the other hand, it promoted a tendency to increase the absorption of penetration energy by the deformability conferred by the matrix. Dynamic-mechanical analysis (DMA) proved that the TPU/aramid combination has satisfactory properties in the application in structures subject to impact, being able to replace more rigid and dense structures currently used.