Title

Caracterização da tenacidade à fratura de compósitos epoxídicos reforçados com tecido de rami por meio da ASTM D5045

Fracture toughness characterization of ramie fabric-reinforced epoxy composites using ASTM D5045

Authorship

NASCIMENTO, UMBERTO MAGNO SOL FERNANDES; GODEFROID, LEONARDO BARBOSA; SIMONASSI, NOAN TONINI; PEREIRA, ARTUR CAMPOSO

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GODEFROID, LEONARDO BARBOSA

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SIMONASSI, NOAN TONINI

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PEREIRA, ARTUR CAMPOSO

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DOI

10.5151/2594-5327-44343

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Abstract

Os compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais têm despertado crescente interesse devido à combinação entre baixo impacto ambiental, baixa densidade e propriedades mecânicas competitivas. Entre os reforços lignocelulósicos disponíveis, o tecido de rami destaca-se por apresentar elevada resistência mecânica e elevado módulo elástico, tornando-se promissor para aplicações estruturais. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a tenacidade à fratura de compósitos epoxídicos reforçados com diferentes frações volumétricas de tecido de rami (40, 50 e 60%), por meio da determinação dos parâmetros KIC e GIC, conforme a norma ASTM D5045. Corpos de prova do tipo Compact Tension (CT) foram submetidos a ensaios de fratura sob carregamento monotônico, sendo posteriormente realizada a análise fractográfica por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que os valores de KIC variaram entre 3,6 e 4,7 MPa·m¹ᐟ², enquanto os valores de GIC situaram-se entre 3,9 e 6,0 kJ/m². O compósito contendo 40% de tecido apresentou os maiores valores de tenacidade à fratura, indicando maior resistência à iniciação da propagação da trinca. Por outro lado, os laminados contendo 50 e 60% de reforço apresentaram maior capacidade de dissipação de energia durante a propagação da fratura, evidenciada pela maior área sob as curvas carga–deslocamento. As análises fractográficas revelaram a ocorrência de mecanismos de arrancamento de fibras (fiber pull-out), descolamento interfacial (debonding) e ruptura de feixes fibrosos, os quais contribuíram para a absorção de energia durante o processo de fratura. Os resultados demonstram o potencial do tecido de rami como reforço sustentável para matrizes epoxídicas, apresentando desempenho competitivo em relação a outros compósitos reforçados com fibras naturais descritos na literatura.

In Natural-fiber-reinforced polymer composites have attracted increasing attention due to their low environmental impact, low density, and competitive mechanical performance. Among the available lignocellulosic reinforcements, ramie fabric stands out because of its high tensile strength and elastic modulus, making it a promising material for structural applications. In this context, the present study aimed to evaluate the fracture toughness of epoxy composites reinforced with different ramie fabric volume fractions (40, 50, and 60%) through the determination of the KIC and GIC parameters according to ASTM D5045. Compact Tension (CT) specimens were tested under monotonic loading conditions, and the fracture surfaces were subsequently analyzed by scanning electron microscopy (SEM). The results showed that KIC values ranged from 3.6 to 4.7 MPa·m¹ᐟ², while GIC values ranged from 3.9 to 6.0 kJ/m². The composite containing 40 vol.% ramie fabric exhibited the highest fracture toughness values, indicating greater resistance to crack initiation. In contrast, laminates containing 50 and 60 vol.% reinforcement displayed higher energy dissipation during crack propagation, as evidenced by the larger area under the load–displacement curves. Fractographic analyses revealed fiber pull-out, interfacial debonding, and fiber bundle fracture as the main toughening mechanisms responsible for energy absorption during fracture. The results demonstrate the potential of ramie fabric as a sustainable reinforcement for epoxy matrices, presenting competitive performance compared with other natural-fiber-reinforced composites reported in the literature.

Keywords

Tenacidade à fratura, Tecido de rami, Compósitos poliméricos, ASTM D5045, Microscopia eletrônica de varredura

Fracture toughness, Ramie fabric, Polymer composites, ASTM D5045, Scanning electron microscopy