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Title in Portuguese: Estudo do envelhecimento acelerado em materiais compósitos revestidos com poliuretano aplicados em aerogeradores
Title: Study of accelerated aging in composite materials coated with polyurethane used in wind turbines
Author: Rios, Alexandre de Souza
Advisor(s): Feitosa, Judith Pessoa de Andrade
Co-advisor(s): Moura, Elineudo Pinho de
Keywords: Ciência dos materiais
Energia eólica
Issue Date: May-2012
Citation: RIOS, A. de S. Estudo do envelhecimento acelerado em materiais compósitos revestidos com poliuretano aplicados em aerogeradores. 2012. 147 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Ciência de Materiais)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
Abstract in Portuguese: Nas últimas décadas, existiu uma crescente demanda por aproveitamento do potencial eólico mundial. Essa tendência está transformando as pás eólicas em uma das mais importantes aplicações dos materiais compósitos poliméricos. Alguns componentes de uma turbina eólica são confeccionados em materiais compósitos poliméricos e suas pás eólicas representam o maior uso desse material. Este trabalho tem como objetivo a avaliação dos efeitos do envelhecimento acelerado em amostras de materiais compósitos revestidos com poliuretano utilizados em aerogeradores. O compósito é constituído de resina epóxi, reforçado com fibras de vidro e revestido com poliuretano. O envelhecimento acelerado simula de forma intensificada os intemperismos naturais (radiação solar, umidade e temperatura). As placas compósitas foram caracterizadas por ensaios não-destrutivos de ultrassom e emissão acústica; ensaios mecânicos de tração e Izod; análises térmicas de termogravimetria (TGA) e calorimetria diferencial de varredura (DSC); microscopia óptica e grau de empoamento.Devido ao alto coeficiente de atenuação característico de materiais com mais de um constituinte e a consequenteausência de sinal acústico de retorno, o ensaio por ultrassomnão logrou êxito. Mediante os avanços da degradação acelerada, houve estabilidade nos valores médios da velocidade de propagação da onda e do coeficiente de atenuação nos compósitos, por meio do ensaio de emissão acústica. Os ensaios mecânicos de tração e Izod mostraram que o envelhecimento acelerado interferiunas seguintes propriedades: módulo de elasticidade, tensão de ruptura, alongamento máximo e resistência ao impactoIzod. Pela técnica de TGA, houve alteração na temperatura máxima de degradação e estabilização na massa residual com os avanços da degradação acelerada. Por DSC, foi possível detectar diminuição na temperatura de transição vítrea (Tg). A microscopia óptica revelou que não houve alterações na superfície do revestimento de poliuretano e na interface poliuretano-epóxi e ocorreu degradação na interface fibra-matriz (face exposta à radiação) nos compósitos mediante os progressos de envelhecimento acelerado. Entretanto, a medição do grau de empoamento apresentou deteriorizaçãosuperficial do revestimento de poliuretano. Diante de todos os resultados encontrados, conclui-se que o envelhecimento acelerado influenciou no desempenho dos materiais utilizados em aerogeradores.
Abstract: In recent decades, there has been a growing demand for utilization of wind power worldwide. This trend is transforming wind blades in one of the most important applications of polymeric composites. Some components of a wind turbine are made of polymeric composites and wind blades represent the largest use of this material. This study aims to assess the effects of accelerated aging in samples of composite materials coated with polyurethane used in wind turbines. The composite is made of epoxy resin reinforced with glass fibers and coated with polyurethane. The accelerated aging test simulates an enhanced form natural weathering (solar radiation, humidity and temperature). The composite plates were characterized by non-destructive testing of ultrasonic waves and acoustic emission; tensile tests and Izod; thermal analyzes thermogravimetricanalysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC); optical microscopy and the degree of chalking. Because of the high attenuation coefficient characteristic of materials with more than one constituency and the consequent absence of acoustic feedback, the ultrasound test didn`t succeed. Through the advances in accelerated degradation was stable on mean average velocity of wave propagation and attenuation coefficient of the composite by means of acoustic emission test. The tensile tests and Izod showed that the accelerated aging interfered with the following properties: modulus of elasticity, tensile strength,ultimate elongation and Izod impact. By the technique of TGA, there was change in maximum temperature of degradation and stabilization in the residual mass with the advances in accelerated degradation. By DSC it was possible to detect a decrease in glass transition temperature (Tg). The optical microscope demonstrated that no changes in the surface of the coating polyurethane and polyurethane-epoxy interface and degradation occurred in the fiber-matrix interface (the exposed radiation face) in the composite by the progress of accelerated aging. However, measuring the degree of deterioration showed chalking surface of the polyurethane coating. With all the results, these studies conclude that the accelerated aging affect the performance of materials used in wind turbines.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/3874
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