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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
This dissertation investigates the influence of cork particle incorporation on the mechanical
behaviour and impact damage response of glass fibre-reinforced polymer laminates, assessing
whether cork particles can improve low-velocity impact performance while identifying possible
effects on static tensile properties. Composite laminates were manufactured using glass fibre
reinforcement and polymer matrices, with cork particles incorporated at different contents.
The manufacturing route comprised resin preparation, cork particle dispersion when
applicable, manual impregnation and stacking of the glass fibre plies by hand lay-up,
consolidation by manual compression between mould plates, and room-temperature curing
under compression. The experimental programme included low-velocity impact tests,
penetrant-enhanced radiographic inspection and tensile tests on selected configurations. The
impact response was analysed through force, displacement and energy histories, while
radiographic images were used to evaluate the apparent internal damage area after impact.
Complementary laminate configurations were also considered to support the discussion of the
influence of matrix system, reinforcement architecture and fibre orientation on the observed
behaviour. The results showed that cork particle incorporation affected the impact response of
the main laminate configurations. Compared with the cork-free reference, the cork-modified
laminates generally reached higher maximum impact forces, increasing by approximately 37.7–
48.6%, and presented lower apparent radiographic damage areas, with reductions of
approximately 47.1–78.4%. The most favourable response was obtained for the representative
5 wt.% cork configuration, which increased the maximum impact force from 1604.42 N to
2384.36 N and reduced the apparent radiographic damage area from 635.82 mm² to 137.08
mm². However, the response did not improve continuously with increasing cork content, since
the highest cork content showed a reduction in impact performance when compared with the
intermediate configuration. This behaviour was associated with possible processing-related
limitations, mainly increased resin viscosity and reduced flowability, which may have affected
fibre impregnation, particle dispersion and laminate homogeneity. The radiographic analysis
confirmed that cork particle incorporation modified the damage response under the adopted
impact conditions, although the method provided a two-dimensional projection of penetrantaccessible
damage rather than a three-dimensional characterisation. The tensile results showed
reductions of approximately 58.6% in tensile strength and 59.0% in Young’s modulus, while
strain at failure increased by approximately 16.5%. These results indicate that, particularly in
the unsaturated polyester-based laminate configurations, cork particle incorporation may
improve the apparent impact damage response, although with a reduction in static tensile
performance. Therefore, the use of cork particles as a dispersed phase in composite laminates
requires an appropriate balance between impact damage tolerance, tensile properties, cork
content, particle dispersion, matrix system and manufacturing quality. Overall, cork particles
showed potential as functional modifiers for glass fibre-reinforced unsaturated polyester
laminates subjected to low-velocity impact, while highlighting the need for optimisation of
particle content and size, processing conditions and damage characterisation methods.
Esta dissertação investiga a influência da incorporação de partículas de cortiça no comportamento mecânico e na resposta ao dano por impacto de laminados poliméricos reforçados com fibra de vidro, avaliando se as partículas de cortiça podem melhorar o desempenho ao impacto de baixa velocidade, identificando simultaneamente os possíveis efeitos da sua incorporação nas propriedades estáticas em tração. Foram fabricados laminados compósitos com reforço de fibra de vidro e matrizes poliméricas, incorporando partículas de cortiça em diferentes teores. A rota de fabrico incluiu a preparação da resina, a dispersão das partículas de cortiça quando aplicável, a impregnação manual e o empilhamento das camadas de fibra de vidro por hand lay-up, a consolidação por compressão manual entre placas de molde e a cura à temperatura ambiente sob compressão. O programa experimental incluiu ensaios de impacto de baixa velocidade, inspeção radiográfica com contraste e ensaios de tração em configurações selecionadas. A resposta ao impacto foi analisada através dos históricos de força, deslocamento e energia, enquanto as imagens radiográficas foram utilizadas para avaliar a área aparente de dano interno após o impacto. Foram também consideradas configurações complementares de laminados para apoiar a discussão da influência do sistema de matriz, da arquitetura do reforço e da orientação das fibras no comportamento observado. Os resultados mostraram que a incorporação de partículas de cortiça afetou a resposta ao impacto da configuração principal de laminados. Comparativamente à referência sem cortiça, os laminados modificados com cortiça atingiram, em geral, forças máximas de impacto superiores, com aumentos de aproximadamente 37,7–48,6%, e apresentaram áreas aparentes de dano radiográfico inferiores, com reduções de aproximadamente 47,1–78,4%. A resposta mais favorável foi obtida para a configuração representativa com 5 wt.% de cortiça, que aumentou a força máxima de impacto de 1604,42 N para 2384,36 N e reduziu a área aparente de dano radiográfico de 635,82 mm² para 137,08 mm². No entanto, a resposta não melhorou continuamente com o aumento do teor de cortiça, uma vez que o teor mais elevado apresentou uma redução no desempenho ao impacto quando comparado com a configuração intermédia. Este comportamento foi associado a possíveis limitações relacionadas com o processamento, principalmente associadas ao aumento da viscosidade da resina e a redução da fluidez, que podem ter afetado a impregnação das fibras, a dispersão das partículas e a homogeneidade dos laminados. A análise radiográfica confirmou que a incorporação de partículas de cortiça modificou a resposta ao dano nas condições de impacto adotadas, embora o método tenha fornecido apenas uma projeção bidimensional do dano acessível ao líquido penetrante, não permitindo uma caracterização tridimensional. Os resultados de tração mostraram que a incorporação de partículas de cortiça conduziu a reduções de aproximadamente 58,6% na resistência à tração e 59,0% no módulo de Young, enquanto a extensão na rotura aumentou aproximadamente 16,5%. Estes resultados indicam que, particularmente nas configurações de laminados com matriz de poliéster insaturado, a incorporação de partículas de cortiça pode melhorar a resposta aparente ao dano por impacto, embora com uma redução no desempenho estático à tração. Assim, a utilização de partículas de cortiça como fase dispersa em laminados compósitos requer um equilíbrio adequado entre tolerância ao dano por impacto, propriedades de tração, teor de cortiça, dispersão das partículas, sistema de matriz e qualidade de fabrico. De forma geral, as partículas de cortiça demonstraram potencial como modificadores funcionais para laminados de poliéster insaturado reforçados com fibra de vidro sujeitos a impacto de baixa velocidade, destacando simultaneamente a necessidade de otimização do teor e tamanho das partículas, das condições de processamento e dos métodos de caracterização de dano.
Esta dissertação investiga a influência da incorporação de partículas de cortiça no comportamento mecânico e na resposta ao dano por impacto de laminados poliméricos reforçados com fibra de vidro, avaliando se as partículas de cortiça podem melhorar o desempenho ao impacto de baixa velocidade, identificando simultaneamente os possíveis efeitos da sua incorporação nas propriedades estáticas em tração. Foram fabricados laminados compósitos com reforço de fibra de vidro e matrizes poliméricas, incorporando partículas de cortiça em diferentes teores. A rota de fabrico incluiu a preparação da resina, a dispersão das partículas de cortiça quando aplicável, a impregnação manual e o empilhamento das camadas de fibra de vidro por hand lay-up, a consolidação por compressão manual entre placas de molde e a cura à temperatura ambiente sob compressão. O programa experimental incluiu ensaios de impacto de baixa velocidade, inspeção radiográfica com contraste e ensaios de tração em configurações selecionadas. A resposta ao impacto foi analisada através dos históricos de força, deslocamento e energia, enquanto as imagens radiográficas foram utilizadas para avaliar a área aparente de dano interno após o impacto. Foram também consideradas configurações complementares de laminados para apoiar a discussão da influência do sistema de matriz, da arquitetura do reforço e da orientação das fibras no comportamento observado. Os resultados mostraram que a incorporação de partículas de cortiça afetou a resposta ao impacto da configuração principal de laminados. Comparativamente à referência sem cortiça, os laminados modificados com cortiça atingiram, em geral, forças máximas de impacto superiores, com aumentos de aproximadamente 37,7–48,6%, e apresentaram áreas aparentes de dano radiográfico inferiores, com reduções de aproximadamente 47,1–78,4%. A resposta mais favorável foi obtida para a configuração representativa com 5 wt.% de cortiça, que aumentou a força máxima de impacto de 1604,42 N para 2384,36 N e reduziu a área aparente de dano radiográfico de 635,82 mm² para 137,08 mm². No entanto, a resposta não melhorou continuamente com o aumento do teor de cortiça, uma vez que o teor mais elevado apresentou uma redução no desempenho ao impacto quando comparado com a configuração intermédia. Este comportamento foi associado a possíveis limitações relacionadas com o processamento, principalmente associadas ao aumento da viscosidade da resina e a redução da fluidez, que podem ter afetado a impregnação das fibras, a dispersão das partículas e a homogeneidade dos laminados. A análise radiográfica confirmou que a incorporação de partículas de cortiça modificou a resposta ao dano nas condições de impacto adotadas, embora o método tenha fornecido apenas uma projeção bidimensional do dano acessível ao líquido penetrante, não permitindo uma caracterização tridimensional. Os resultados de tração mostraram que a incorporação de partículas de cortiça conduziu a reduções de aproximadamente 58,6% na resistência à tração e 59,0% no módulo de Young, enquanto a extensão na rotura aumentou aproximadamente 16,5%. Estes resultados indicam que, particularmente nas configurações de laminados com matriz de poliéster insaturado, a incorporação de partículas de cortiça pode melhorar a resposta aparente ao dano por impacto, embora com uma redução no desempenho estático à tração. Assim, a utilização de partículas de cortiça como fase dispersa em laminados compósitos requer um equilíbrio adequado entre tolerância ao dano por impacto, propriedades de tração, teor de cortiça, dispersão das partículas, sistema de matriz e qualidade de fabrico. De forma geral, as partículas de cortiça demonstraram potencial como modificadores funcionais para laminados de poliéster insaturado reforçados com fibra de vidro sujeitos a impacto de baixa velocidade, destacando simultaneamente a necessidade de otimização do teor e tamanho das partículas, das condições de processamento e dos métodos de caracterização de dano.
Descrição
Palavras-chave
Cork particles Glass fibre reinforced polymer laminates Low-velocity impact Damage assessment Radiographic inspection Tensile behaviour Partículas de cortiça Laminados reforçados com fibra de vidro Impacto de baixa velocidade Avaliação de dano Inspeção radiográfica Comportamento à tração