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Study of the influence of a gecko-inspired adhesive structure on the mechanical properties of specimens reinforced with glass and carbon fibres

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Abstract(s)

Com o progresso recente na procura por materiais mais leves, duráveis e sustentáveis, a aplicação de compósitos, como as fibras de vidro e de carbono, tem-se expandido em áreas como a aeroespacial e a automóvel. Contudo, esses materiais continuam a representar desafios para o ambiente devido à sua reciclagem complicada e à sua baixa biodegradabilidade. O uso de polímeros, como o PLA, proveniente de produtos agrícolas, representa um progresso sustentável, particularmente em processos de produção aditiva que minimizam o desperdício. Esta dissertação tem como objetivo examinar a influência de uma estrutura adesiva inspirada em lagartixas nas propriedades mecânicas de provetes reforçados com fibras de vidro ou de carbono. Com o intuito de alcançar este objetivo, foram estabelecidas as características dos materiais, criados métodos biomiméticos para a incorporação das fibras, aperfeiçoados os parâmetros de impressão e realizados ensaios de tração e flexão num equipamento universal. Nos resultados obtidos, verifica-se uma superioridade da resistência à flexão. A aplicação do método de Taguchi permitiu identificar as combinações ideais de fatores para maximizar estas resistências. A análise ANOVA destacou que o tipo de reforço (fibra de vidro, de carbono ou sem reforço) foi determinante para a resistência à flexão e à tração, reforçando a sua importância para o desempenho mecânico. A conclusão é que o método de Taguchi e a ANOVA são eficientes para melhorar as propriedades mecânicas do PLA reforçado, sendo o fator "tipo de reforço" o principal responsável pela melhoria do desempenho do material.
With recent progress in the search for lighter, more durable and sustainable materials, the application of composites such as glass and carbon fibres has expanded in areas such as aerospace and automotive. However, these materials continue to pose challenges for the environment due to their complicated recycling and low biodegradability. The use of polymers such as PLA from agricultural products is a sustainable step forward, particularly in additive manufacturing processes that minimise waste. This dissertation aims to examine the influence of a lizard-inspired adhesive structure on the mechanical properties of test specimens reinforced with glass or carbon fibres. To achieve this goal, the characteristics of the materials were established, biomimeticmethods for incorporating the fibres were created, the printing parameters were improved, and tensile and flexural tests were carried out in universal equipment. The results obtained show that flexural strength is superior. The application of the Taguchi method made it possible to identify the ideal combinations of factors to maximise these strengths. The ANOVA analysis showed that the type of reinforcement (glass fibre, carbon fibre or no fibre) was decisive for flexural and tensile strength, reinforcing its importance for mechanical performance. The conclusion is that the Taguchi method and ANOVA are efficient for improving the mechanical properties of reinforced PLA, with the ‘type of reinforcement’ factor being the main factor responsible for improving the material's performance.

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Biomimetismo Compósitos Fibras de reforço Fabrico aditivo

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