Análise de tração em compósitos de carbono reforçados com partículas

Abstract

O presente trabalho investiga o comportamento mecânico de compósitos poliméricos de fibra de carbono reforçados com partículas de carbono reciclado submetidos a esforços de tração. O objetivo principal do estudo consiste em analisar experimentalmente o impacto da incorporação de pó de compósito reciclado, nas proporções mássicas de 0%, 5% e 10%, na matriz epóxi de laminados com sequência de empilhamento [±45°/0º-90°/±45°]. A pesquisa adota uma metodologia experimental que engloba a fabricação das placas compósitas pelo processo de laminação manual (hand lay-up) com cura à temperatura ambiente, seguida do corte dos corpos de prova e da execução de ensaios de tração uniaxial em uma máquina universal MTS Insight, conforme os parâmetros da norma ASTM D3039. A análise dos dados experimentais revela que a adição de 5% de pó de compósito de carbono diminui a tensão de ruptura do material em aproximadamente 12,7%, consequência de uma dispersão deficiente que favorece a formação de aglomerados e atua como concentrador de tensão. Em contrapartida, constata-se que a incorporação de 10% de carga particulada atinge o ponto crítico de concentração, permitindo uma rede tridimensional contínua e interconectada, promovendo o endurecimento estrutural da resina. Esse arranjo resulta em um aumento expressivo de aproximadamente 10% no Módulo de Elasticidade, além de recuperar plenamente a resistência à tração e melhorar a capacidade de dissipação de energia no comportamento pós-pico do material. Conclui-se que a reutilização técnica de resíduos de fibra de carbono via trituração mecânica, quando aplicada na proporção ideal de 10%, representa uma alternativa altamente viável, pois alia o descarte sustentável e os princípios da economia circular a um ganho significativo de rigidez e previsibilidade estatística em novas estruturas compósitas.

The present work investigates the mechanical behavior of carbon fiber polymeric composites reinforced with recycled carbon particles subjected to tensile stress. The main objective of the study is to experimentally analyze the impact of incorporating recycled composite powder, in mass fractions of 0%, 5%, and 10%, into the epoxy matrix of laminates with a [±45°/0º-90°/±45°] stacking sequence. The research adopts an experimental methodology that encompasses the fabrication of the composite plates via the hand lay-up process with room-temperature curing, followed by the cutting of specimens and the execution of uniaxial tensile tests on an MTS Insight universal testing machine, in accordance with ASTM D3039 standard parameters. The analysis of the experimental data reveals that the addition of 5% of carbon composite powder decreases the ultimate tensile strength of the material by approximately 12.7%, a consequence of poor dispersion that favors the formation of agglomerates and acts as a stress concentrator. In contrast, it is observed that the incorporation of 10% particulate filler reaches the critical concentration point, enabling a continuous and interconnected threedimensional network, thereby promoting the structural hardening of the resin. This arrangement results in a significant increase of approximately 10% in the Elastic Modulus, in addition to fully recovering the tensile strength and improving the energy dissipation capacity in the material's post-peak behavior. It is concluded that the technical reuse of carbon fiber waste via mechanical grinding, when applied in the ideal proportion of 10%, represents a highly viable alternative, as it combines sustainable disposal and the principles of the circular economy with a significant gain in stiffness and statistical predictability in new composite structures.