A5 Microfissuração térmica devido ao desalinhamento do CTE

Tópico

Durante a fase de resfriamento após a cura deste laminado, a diferença entre o coeficiente de expansão térmica da fibra e o da matriz — já estabelecida em outro modelo deste conjunto, aquele que descreve as propriedades térmicas efetivas e a anisotropia desse coeficiente — gera uma tensão residual na matriz. À medida que a temperatura cai da temperatura de cura para a temperatura ambiente, a fibra e a matriz tentam se contrair em taxas diferentes, mas, como estão unidas, aquela que tende a se contrair mais é restringida pela que tende a se contrair menos. Essa diferença entre os dois coeficientes de expansão térmica faz com que essa restrição mútua gere uma tensão residual na matriz que não existiria se ambos os materiais se contraíssem na mesma taxa.

Essa tensão residual na matriz produz, especialmente nas camadas transversais do laminado, uma certa densidade de microfissuras. Nessas camadas transversais, as fibras estão orientadas de tal forma que não reforçam mais a matriz na mesma direção da tensão residual e, portanto, é a matriz, sem esse reforço, que absorve diretamente essa tensão. Uma tensão residual mais elevada na matriz resulta em uma maior densidade de microfissuras nessas camadas transversais; uma tensão residual mais baixa resulta em uma menor densidade de microfissuras.

Essa mesma tensão residual, além de produzir essa densidade de microfissuras, satisfaz o critério para o início da formação de microfissuras no momento preciso em que excede um determinado limiar: se a tensão residual na matriz exceder esse limiar, inicia-se uma microfissura localizada; se a tensão residual permanecer abaixo desse limiar, a matriz não inicia novas microfissuras, mesmo tendo acumulado tensão residual.

Portanto, esse modelo, com a discrepância no coeficiente de expansão térmica entre fibra e matriz com a qual foi inicialmente desenvolvido, depende diretamente de outro modelo dentro desse conjunto, aquele que descreve as propriedades térmicas efetivas e a anisotropia desse mesmo coeficiente. O fato de essa incompatibilidade, herdada daquele outro modelo, aparecer durante o resfriamento após a cura causa a geração de tensão residual na matriz, e essa mesma tensão residual, por sua vez, determina a densidade de microfissuras nas camadas transversais do laminado e se o critério para o início de uma nova microfissura é atendido ou não.

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