Caracterização da Porosidade e Degradação Mecânica Associada de Compósitos Ablativos Fenólicos de Carbono Tratados Termicamente

RESUMO Sistemas de proteção térmica (TPS) em aplicações aeroespaciais geralmente utilizam compósitos à base de fenólico de carbono e fenólico de sílica como materiais ablativos. Pirólise, evolução gasosa e produção de carvão com crescimento de porosidade ocorrem na matriz ablativa, alterando as características térmicas e mecânicas. Portanto, a porosidade induzida pelo tratamento térmico em compósitos fenólicos de carbono é investigada neste estudo. As amostras foram submetidas a tratamentos térmicos controlados a temperaturas de 500, 700 e 950 K. Consequentemente, a porosidade gerada foi examinada e comparada com a do material virgem à temperatura ambiente (RT = 300 K). A Micro-Tomografia Computadorizada por Raios X de Sincrotron (S-micro-CT) foi empregada como técnica não destrutiva e de alta resolução, com tamanhos de voxel na faixa de micrômetros, para capturar as microestruturas em termos de segregação de porosidades, fibras e matriz. Esse nível de resolução torna a técnica especialmente atrativa para a imagem da porosidade dos ablativos usados em veículos espaciais de reentrada. Reconstruções 3D e análises das imagens de S-micro-CT foram realizadas para quantificar parâmetros de porosidade, ou seja, porosidade total e distribuição do tamanho dos poros, em função do tratamento térmico. Os resultados indicam um aumento progressivo da porosidade (de 0,01% para 0,6692%) com o aumento da temperatura para uma exposição de 20 s. Enquanto o aumento da porosidade leva a uma redução de resistência de 3,5% até 700 K, uma diminuição muito maior de resistência para 62,3% é observada a 950 K, temperatura superior à temperatura de transição vítrea. Assim, os achados estabelecem o S-micro-CT como uma ferramenta robusta e quantitativa para caracterização de materiais ablativos, possibilitando correlação direta entre evolução da porosidade e degradação da resistência mecânica induzida termicamente.