A Plataforma de testes de durabilidade Estudos de Polímeros e reforçado com fibra de polímero Composites, sob estímulo Concurrent Hygrothermo-mecânico

O objetivo geral deste procedimento é melhorar o projeto e a segurança de polímeros e compósitos poliméricos sob condições de carga complexas. Através do estudo de sua durabilidade sob cargas hidrotérmicas e mecânicas simultâneas, utilizando uma plataforma de testes de baixo custo, flexível e fácil de usar. Primeiro, as amostras de compósito de polímero são posicionadas em um tanque de teste.

Em seguida, uma carga de flexão constante de três pontos é aplicada e a amostra é simultaneamente imersa em fluido com carga de fluência. As leituras de resistência medidas são convertidas em mudanças de deslocamento. Para análise, os pesos dos corpos de prova são medidos após os testes concorrentes.

Por fim, as amostras são testadas quanto à sua resistência residual. Assim, os propósitos mecânicos e de projeto dos materiais são melhor compreendidos com base em sua resposta ao carregamento simultâneo. A principal vantagem desta plataforma sobre os métodos existentes é que ela é de baixo custo, fácil de usar, portátil e facilmente adaptável a outras necessidades de teste.

As aplicações deste trabalho visam estruturas de engenharia mais seguras feitas de polímeros e compósitos poliméricos, como aeronaves, navios, pontes e turbinas eólicas. Teremos uma melhor compreensão e, portanto, melhores modelos numéricos e projetos dessas estruturas sob condições de serviço complexas. Atualmente, estamos usando esse método para fornecer informações sobre a durabilidade de polímeros e compósitos poliméricos, imersos em água e sob carga mecânica.

No entanto, também pode ser aplicado a outras situações, como a durabilidade de outros materiais que são rotineiramente submetidos a produtos químicos agressivos durante o serviço. Geralmente, os indivíduos novos nesta plataforma devem prestar atenção ao posicionamento e carregamento cuidadosos das amostras. A câmara do aparelho de teste é construída em polietileno de alta densidade, que tolera de forma robusta uma ampla gama de temperaturas e fluidos.

A espuma de poliestireno ao redor do tanque de teste evita a troca de calor com o meio ambiente. A tampa da câmara é de policarbonato de 9,5 milímetros de espessura, o que permite a visualização dos espécimes carregados. É fixado por uma barra em T de alumínio, que por sua vez é fixada ao tanque para acomodar uma carga pesada.

Uma estrutura de aço de reforço e ganchos adicionais na tampa são aplicados. Pesos mais pesados são usados com mais frequência para testes de resistência residual. Esta câmara pode aplicar até 50 kg a cada amostra para garantir que o ponto de falha seja encontrado.

Pendurados na tampa estão três blocos de alumínio projetados de acordo com os padrões A STM. Esses blocos permitem que até quatro amostras sejam testadas simultaneamente e são ajustáveis através de ranhuras na tampa da câmara. As amostras são posicionadas abaixo de dois dos blocos e uma força ascendente no centro de um bloco induz forças de flexão na amostra.

O aparelho possui rodízios móveis em sua base e é solidamente mantido unido por uma estrutura de aço com vigas transversais e malha para suporte. Os espaçadores angulares evitam que o isolamento seja esmagado pelos medidores de peso e deslocamento suspensos na polia da estrutura e os sistemas de potenciômetro de corda medem as deflexões do vão médio. Esses potenciômetros são construídos com molas de torção.

A polia conecta o cabo de aço de uma conexão do espécime a uma haste de suspensão para aplicação de peso ajustável. A carga total aplicada ao corpo de prova vem desta série de cabos, ligações de polias e parafusos. Estes são explicados nas seções a seguir, cobrindo o uso do aparelho para carregar uma amostra no aparelho de teste.

Primeiro, abra a tampa do tanque e coloque a tampa nos suportes laterais. Em seguida, carregue a amostra no parafuso em U. A barra transversal deve estar no centro da amostra.

Agora apoie as extremidades da amostra no suporte de alumínio. Deve haver cerca de cinco a 10 milímetros de saliência. Continue carregando até quatro amostras da mesma maneira.

Em seguida, remova os suportes da tampa e abaixe a tampa. Certifique-se de que a tampa esteja encaixada corretamente no tanque. Agora, aplique a força desejada às amostras adicionando pesos à haste de aço pendurada na polia externa.

Primeiro, certifique-se de que a linha do potenciômetro esteja apertada. Em seguida, meça a resistência através dos pinos externos do potenciômetro. O chumbo preto vai para o pino um e o chumbo vermelho vai para o pino três.

Agora, converta a leitura da resistência em deslocamento calculando o fator de calibração. Nesse caso, um quilo ohm corresponde a 64.895 milímetros de deslocamento. Para aquisição contínua de dados, é possível conectar os potenciômetros de string ao multímetro digital.

Depois de calcular o deslocamento, prepare-se para pesar as amostras, remover os pesos e a tampa do tanque. As amostras podem então ser transferidas para a câmara de retenção. Primeiro, prepare uma câmara de retenção provisória para todas as amostras com temperatura ambiente, fluido de teste do padrão de teste apropriado.

Agora, para pesar uma amostra primeiro, seque-a com um pano de microfibra. Em seguida, coloque-o em uma balança de alta precisão e registre a leitura dos dados. Se as amostras precisarem ser testadas quanto à resistência residual, prossiga com esses testes.

Ensaios termomecânicos de alto crescimento foram conduzidos à temperatura ambiente em dois grupos de quatro corpos de prova de espuma de poliuretano de célula fechada. Um grupo foi testado seco a 50% de umidade relativa. O segundo grupo foi testado molhado em água deionizada.

A deflexão no meio do vão foi rastreada nas primeiras seis horas e depois no dia seguinte. O deslocamento dos corpos de prova úmidos foi substancialmente maior do que os corpos de prova secos. A resistência residual dos corpos de prova foi testada por carregamento até a falha.

As amostras úmidas falharam em cerca de três quilos e as amostras secas falharam em cerca de 3,6 quilos. Se a configuração for realizada corretamente, as amostras podem ser posicionadas e carregadas nesta plataforma em 15 minutos. Ao seguir este procedimento, é importante lembrar de posicionar e carregar as amostras corretamente, especialmente se elas exigirem um peso significativo para o estudo de durabilidade Após este procedimento.

Outros estudos, como a durabilidade de compósitos e produtos químicos de serviço agressivos, podem ser realizados para responder a perguntas adicionais sobre a durabilidade desses materiais. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como testar polímeros e compósitos de polímero usando essa configuração de teste de baixo custo e fácil de usar. Se estiver trabalhando com produtos químicos agressivos, lembre-se de seguir as precauções indicadas nas fichas de segurança do material e na saúde e segurança ambiental.