Neste trabalho experimental, objetivou-se avaliar comparativamente a alteração dimensional de três diferentes materiais utilizados na confecção de troqueis: gesso tipo IV Fuji Rock (GC), resina epóxica industrial Sikadur 32 (Sika) e resina epóxica Tri-Epoxy Die Material (Tri-Dynamics). Foram confeccionados dois modelos-padrão em aço inoxidável. Um desses modelos foi confeccionado de modo a simular um preparo para coroa total em um pré-molar. O outro modelo foi confeccionado 2,0mm maior em todas as dimensões em relação ao primeiro de modo a proporcionar um alívio uniforme para a base leve do material de moldagem. Trinta troquéis foram obtidos a partir de moldes em silicona de adição (Aquasil Dentsply) utilizada com a técnica de dois passos. Os troqueis foram divididos em grupos de dez para cada material. As alterações foram mensuradas através das medições da altura e dos diâmetros da base e do topo dos troqueis obtidos, com o auxílio de um Projetor de Perfis Deltronic DV-114 com leitura em software. As medidas obtidas foram dispostas em tabelas e analisadas estatisticamente. Após avaliação pode-se concluir que houve diferença estatisticamente significante entre todos os grupos testados. Os troquéis de gesso tipo IV Fuji Rock (GC) contraíram nas medições da altura e do diâmetro do topo, e expandiram nas medições do diâmetro da base, apresentando diferença estatisticamente significativa em todas as comparações com o grupo controle (metal). Os troquéis de resina epóxica Tri-Epoxy (Tri-Dynamics) contraíram nas medições da altura e do diâmetro do topo, e expandiram nas medições diâmetro da base, apresentando diferença estatisticamente significante somente no diâmetro do topo nas comparações com o grupo controle (metal). Os troquéis de resina epóxica Sikadur 32 (Sika) contraíram nas medições da altura e do diâmetro do topo, e expandiram nas medições do diâmetro das base, apresentando diferença estatisticamente significante em todas as comparações com o grupo controle (metal). / The aim of this study was to comparatively evaluate the dimensional changes of three different materials used in the production of dies: gypsum type IV - Fuji Rock (CG), industrial epoxy resin - Sikadur 32 (Sika) and epoxy resin - Tri-Epoxy Die Material (Tri-Dynamics). Two standard models of stainless steel have been made. One of these models was prepared to simulate a full crown preparation on a premolar. The other model was prepared 2.0 mm larger in all dimensions compared to the first one so as to provide an uniform relief for impression material mild base. Thirty dies have been made from molds in vinyl polysiloxane (Aquasil - Dentsply) using the two steps technique. Dies were divided into groups of ten for each material. Changes were evaluated by measuring the height and diameter of bottom and top of the dies with the aid of a Deltronic DV-114 Profiles Projector with reading software. The resultant measurements were arranged into tables and statistically analyzed. After evaluation, it was concluded that there was a statistically significant difference among all tested groups. Gypsum Fuji Rock type IV (GC) dies shrank in tops height and diameter measurements, and expanded the bottom diameter measurements, showing statistically significant differences when compared to control group (metal). Epoxy resin Epoxy-Tri (Tri-Dynamics) dies shrank in tops height and diameter and expanded in bottom diameter measurements, showing statistically significant difference only in tops diameter when compared to control group (metal). Epoxy resin Sikadur 32 (Sika) dies shrank in tops height and diameter measurements and expanded in bottoms diameter measurements, showing a statistically significant difference when comparing to control group (metal).

Des revêtements multicouche anticorrosion, ou peintures anticorrosion, sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles telles que la protection d’emballages métalliques utilisés pour le transport ou l’entreposage de matériaux radioactifs. En conditions d’usage, les propriétés fonctionnelles de ces peintures peuvent être dégradées sous l’effet de la température et des conditions environnementales (lumière, dioxygène, humidité, …). Ces évolutions ont été attribuées au vieillissement des différentes couches de peinture constituant le revêtement anticorrosion (vernis de structure acrylique-siloxane, sous couches de type résine époxydique à durcisseur amine). Afin de mener à bien cette étude, une approche dite « multi-échelle ascendante » a été développée. Cette méthodologie, initialement focalisée sur la modification des propriétés physico-chimiques des polymères vierges constituant chaque couche du revêtement (depuis l’évolution de la structure chimique et de l’architecture macromoléculaire, vers les propriétés fonctionnelles), est ensuite progressivement complexifiée par l’ajout d’additifs à la formulation des peintures (pigments, particules barrières à l’oxydation ou anticorrosion, …) avant que le revêtement multicouche complet ne soit analysé dans son ensemble. Ce travail de thèse vise à identifier et à corréler les modifications de la structure chimique et de l’architecture macromoléculaire des différentes couches de peinture responsables de la modification des propriétés fonctionnelles du revêtement anticorrosion. / Anti-corrosive multilayer coatings, or anti-corrosive paints, are used in several industrial applications such as metallic package protection used for transportation or storage of radioactive materials. In working conditions, functional properties of these paints could be degraded under the influence heat or environmental conditions (light, oxygen, moisture …). Such evolutions had been attributed to the aging of the different paint layers that constituted the anticorrosive coating (acrylic-siloxane topcoat, epoxy resin with amine hardener undercoats). In order to properly carry out this study, a « bottom-up multiscale approach » has been developed. This methodology, initially focused on the physico-chemical modifications of neat polymers that constituted each layer of the coating (from chemical structure and macromolecular architecture evolutions to functional properties), is then complexified by adding filers to the paint formulations (pigments, barrier or anti-corrosive particles …). The complete multilayer coating analyses are the last steps of that methodology. The aim of this thesis is to identify and correlate the evolution of anti-corrosive multilayer coating functional properties to the chemical and architectural modifications in each different layer.

Εξ’ αιτίας της ραγδαίας αύξησης στη χρήση σύνθετων υλικών, στην παρούσα εργασία ασχοληθήκαμε με σύνθετο υλικό μήτρας εποξικής ρητίνης και ενίσχυσης κόκκους αλουμινίου με μέση διάμετρο 63 μm. Σκοπός της έρευνας αυτής είναι κατά πρώτον να μελετήσει τη συμπεριφορά του συνθέτου σε στατική κάμψη αναλόγως της κατά βάρος περιεκτικότητά του σε κόκκους και να συγκρίνει τα πειραματικά αποτελέσματα με αντίστοιχες θεωρητικές προβλέψεις και κατά δεύτερον να μελετήσει την επίδραση βλάβης λόγω ύπαρξης εγκοπής ή θερμικής κόπωσης στην υποβάθμιση του σύνθετου υλικού και να προβλέψει την παραμένουσα μηχανική συμπεριφορά χρησιμοποιώντας το μοντέλο R.P.M. Τρία διαφορετικά μοντέλα πρόβλεψης, ανεπτυγμένα απ’ το CMG (Composite Material Group) του Πανεπιστημίου Πατρών, θα εφαρμοστούν για τις προβλέψεις και δύο απ’ αυτά θα συγκριθούν και με άλλα μοντέλα ανεπτυγμένα από άλλους ερευνητές. Κατ’ αρχήν, για τον υπολογισμό της μέγιστης τάσης εφαρμόστηκε το μοντέλο του τμηματικού κόκκου. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, ο κόκκος χωρίζεται σε άπειρο αριθμό ινών και σύμφωνα με την θεωρία του Cox μπορεί να υπολογιστεί η μέση τάση που ασκείται σε κάθε ίνα του κόκκου. Στη συνέχεια, για τον υπολογισμό του μέτρου ελαστικότητας συναρτήσει της κατά βάρους περιεκτικότητας σε κόκκους αλουμινίου εφαρμόστηκε το μοντέλο της μεσοφάσης. Το μοντέλο αυτό λαμβάνει υπόψιν την ύπαρξη μιας τρίτης φάσης ανάμεσα στις δύο κύριες (μήτρα-ενίσχυση) και η οποία αποτελεί μια σημαντική παράμετρο επίδρασης στη συμπεριφορά οποιουδήποτε σύνθετου υλικού. Τέλος, στις περιπτώσεις της ύπαρξης εγκοπής και της θερμικής κόπωσης εφαρμόστηκε το μοντέλο R.P.M. Το μοντέλο αυτό μπορεί να εφαρμοστεί για την περιγραφή της υποβάθμισης των ιδιοτήτων των υλικών μετά από βλάβη και στη συγκεκριμένη εργασία εφαρμόστηκε για να περιγράψει τις μεταβολές στην μέγιστη τάση του υλικού και στο μέτρο ελαστικότητάς του συναρτήσει του μήκους εγκοπής ή του αριθμού των θερμικών κύκλων. / -

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foi proposto o monitoramento do processo de cura e fotocura de resinas epóxi através da Espectroscopia Fotoacústica. Nos experimentos, foram utilizados dois tipos de resinas epóxi: A resina Epoxtec 331, com o endurecedor DER 24, e a resina fotocurada EBECRYL 3720-TP25, com o fotoiniciador OMNIRAD 808. Foram utilizados dois modelos de células fotoacústicas: uma baseada na técnica de diferença de fase dos dois feixes (T2F); e outra convencional. São apresentadas as montagens experimentais desenvolvidas para os monitoramentos da cura e fotocura das resinas. O estudo foi realizado monitorando o sinal fotoacústico fazendo varredura em comprimentos de onda. Também foi monitorado o sinal fotoacústico em função do tempo durante as curas e fotocuras. Foi estudado o efeito de luz saturante, não modulada, nos processos de fotocura. Tanto a amplitude quanto a fase do sinal fotoacústico revelaram-se boas ferramentas para o monitoramento proposto. Apesar de muitos dos efeitos encontrados, nos estudos realizados, ainda não terem explicação, o presente trabalho mostrou a potencialidade da espectroscopia fotoacústica para esta área de pesquisa. / In this work it was proposed the monitoring of the cure and photocuring of epoxy resins by Photoacoustic Spectroscopy. In the experiments, two types of epoxy resins were used: the resin Epoxtec 331,with the hardener DER 24; and the resin EBECRYL 3720 - TP25, with the photoinitiator 808 OMNIRAD. Two models of Photoacoustic cell were used: one based on two-beam phase-lag technique (T2F); and a conventional one. The developed set-ups for monitoring of cure and photocuring of epoxy resins are presented. The study was carried out with monitoring the photoacoustic signal on the wavelengths scan. Also the photoacoustic signal as a function of time was observed during the cure and photocuring. The effect of unmodulated saturating light was studied in the processes of photocuring. Both the amplitude and the phase of the photoacoustic signal proved to be good tools for the proposed monitoring. Although many of the effects found in these studies have not yet been explained, the present study showed the potential of photoacoustic spectroscopy to this area of research.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Assim como em outras áreas do conhecimento a construção civil vem evoluindo ao longo dos anos. Grandes investimentos e elevadas taxas de demandas por novos projetos requerem uma maior velocidade na consolidação de obras. Neste cenário, ficam precários os estudos e pesquisas que avaliam a capacidade de novas tecnologias. Na área do concreto e estruturas de concreto armado, depara-se a associação de técnicas consolidadas à métodos inovadores. A utilização de polímeros como material de construção, como é o caso dos aditivos para concreto, dos tubos e conexões, das esquadrias e como adesivos, utilizados em ligações de aduelas de pontes, associados a fibras de vidro ou carbono para reforços estruturais e para fixação de armaduras ou conectores no caso de reparação de estruturas, oferecendo uma solidarização eficiente entre elementos estruturais. O presente trabalho visa avaliar uma pequena parcela de aplicação de materiais poliméricos, principalmente quanto a sua característica de aderência e colagem de barras de aço ao concreto. O desenvolvimento do estudo ocorreu sobre uma perspectiva de ensaios laboratoriais de arrancamento de barras coladas com resina epóxi em blocos de concreto, sendo estes resultados comparados com barras de aço concretadas em blocos de concreto. Desse modo o principal fator de comparação seria a tensão de aderência desenvolvida na área de contato da barra com o substrato. Alguns parâmetros foram inseridos para uma abordagem de maior amplitude, tais como variação do diâmetro da barra (φ = 10,0mm; φ = 12,5mm e φ = 16,0mm), do comprimento de ancoragem (múltiplos do diâmetro, sendo 5φ e 7,5φ) e da espessura da resina (1mm, 2mm e 3mm). De forma complementar procedeu-se ao ensaio de vigas bi-apoiadas submetidas à flexão visando representar o comportamento de uma recuperação/reforço estrutural aplicado em escala. Para avaliar o comportamento destas vigas, foram ensaiados dois espécimes, uma viga padrão concretada de uma única vez e outra submetida a um reparo estrutural, onde possuía a armadura inferior inserida posteriormente à concretagem inicial, colada com resina epóxi nas extremidades da viga. / Just like others fields of knowledge, the civil construction is evolving. Hughes investments and the need for new projects improve the speed and the technology usually applied for basic infrastructures development. These scenarios achieve issues as the miss understanding of the behavior of this technological advances in long terms, caused by the few studies and researches about these subjects. At the concrete structures field, an extremely self consolidate knowledge whose have been replaced for new methods, as the case of the polymeric materials. This kind of material have large scale of applications at construction and projects of structural elements, used as a bond interface for different elements and offering a significant monolithically performance between structural pieces. The current study pretends analyze the behavior of bonded steel bars at the concrete using epoxy resin. The development of the study occur by lab tests where a steel bar is pulled out of a concrete block, named Pull-out-test. This one was adapted for a bond whit epoxy resin, were the results was compared whit the regular ones (concrete bonded bars), in this method the phenomenon of the stress occurred at the bar surface in contact whit the concrete or the resin evaluate. Some parameters were included for a better understanding of the bond behavior, such as: Steel bar diameter (10mm, 12,5mm and 16mm); Length of anchorage (5φ and 7,5φ), and Resin thickness (1mm, 2mm and 3mm). For the same purpose, was molded a concrete beam to represent the bonded situation at a real condition, these beam had two different configuration, one of those were a regular reinforcement beam, and the other one were a recuperated reinforcement beam, whit yours inferior steel bar added post concrete solidification, simulating a intervention at a problematic beam, in this case the steel bars were bonded whit epoxy resin at the edges of the beam.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-23Bitstream added on 2014-06-13T19:32:46Z : No. of bitstreams: 1 silveira_jb_me_ilha.pdf: 1625672 bytes, checksum: 5fb649c1f1320fe8b2df5942ab03558b (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho visou a produção e o estudo das propriedades físicas de amostras de resina epóxi transparente dopadas com diferentes concentrações de nanocristais de sulfeto de cádmio (CdS). As técnicas de difração de raios-X, espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman e calorimetria diferencial de varredura (DSC) foram utilizadas para estudar as propriedades estruturais. Espectroscopias de refletância e de transmitância foram utilizadas para obter a dispersão do índice de refração e do coeficiente de extinção na região do UV-Vis para amostras dopadas com diferentes concentrações de CdS. A técnica do ângulo de Brewster foi também utilizada para determinar o índice de refração das diferentes amostras. Os valores dos índices de refração obtidos através das medidas de refletância e de transmitância na região do UV-Vis e da técnica do ângulo de Brewster foram comparados e os resultados mostraram que a técnica do ângulo de Brewster além de apresentar valores que conferem com a literatura apresentou valores com alta precisão. Foram realizadas medidas de birrefringência opticamente. Foram obtidos resultados da birrefringência fotoinduzida por um fóton para diferentes concentrações de CdS por amostra e para diferentes intensidades da luz de excitação. Os resultados foram quantificados utilizando alguns dos principais modelos teóricos, onde foi observado que a resina epóxi pura apresenta birrefringência fotoinduzida e a adição do CdS contribui para o aumento da birrefringência. / The present work sought production and study of the physical properties of samples of transparent epoxy resin doped with different concentrations of structures of cadmium sulfide (CdS) nanocrystals. X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy e differential scanning calorimetry techniques were used to study their structural properties. Reflectance and transmittance spectroscopy were used to obtain of the refraction index and of the extinction coefficients dispersion in the UVVis region for doped samples with different concentrations of CdS. The Brewster angle technique also was used to determine the refraction index of the different samples. The refraction index values obtained using the reflectance and transmittance measurement in the UV-Vis region and Brewster angle technique were compared and the results showed that the Brewster angle technique besides presents values that check with the literature, presented values with high precision. Measurements of optically induced birefringence were accomplished. Were obtained results of the photo induced birefringence by a photon for different concentrations of CdS for sample and for different intensities of the excitement light. The results were quantified using some of the principal theoretical models, where was observed that the pure epoxy resin presents photo induced birefringence and the addition of the CdS contributes to the increase of the birefringence.

Ce travail de thèse porte sur le développement d’une nouvelle génération de mousses polymères biosourcées capables de satisfaire la fonction d’âme alvéolaire et structurale de pièces automobiles. Les formulations époxy choisies comme base polymère reposent sur deux différents prépolymères époxy, l’huile de lin époxydée (ELO) et le glycérol époxydé (GE). Ces derniers, associés en proportions variables, sont réticulés avec deux différents durcisseurs : l’isophorone diamine (IPDA) ou l’anhydride méthyl tétrahydrophtalique (MTHPA). Les formulations ternaires « ELO – GE – durcisseur » ont été caractérisées selon une approche multi-techniques (DSC, TGA, rhéométrie dynamique et en mode permanent) permettant d’établir des relations structure-propriétés fiables. Puis, la production d’une mousse a été possible grâce à la maîtrise d’une réaction chimique qui se déroule parallèlement à la réticulation de la résine époxy. Le bicarbonate de sodium et de potassium ont été retenus comme agents moussants. Afin d’améliorer les performances finales des mousses, la proportion de GE au sein des formulations polymère à base IPDA a été augmentée. Mais, une telle modification induit la dégradation thermique du système à cause de l’exothermicité élevée de la réaction de réticulation. L’introduction d’un absorbeur d’exothermicité, permet grâce à sa décomposition endothermique de contrôler l’excès de chaleur dégagée et par la même d’empêcher la dégradation. Une dernière classe de durcisseurs a également été étudiée et donne après optimisation des mousses dotés d’excellentes propriétés ultimes. Ainsi, une large gamme de mousses biosourcées rigides et légères pouvant être mises en œuvre dans un temps très court a été développée. / This thesis focuses on the development of a new generation of bio-based polymer foams able to produce low density core in sandwich structure for automotive applications. The polymer formulations used in this research contain two different epoxy compounds, epoxidized linseed oil (ELO) and the epoxidized glycerol (GE). Combined in varying proportions, they were cured with two different hardeners, isophorone diamine (IPDA) or methyl tetrahydrophthalic anhydride (MTHPA). Ternary formulations “ELO – GE – hardener” were characterized by a multi-techniques approach (DSC, TGA, rheometry in steady or dynamic mode) in order to establish structure-property relationships. The production of polymeric-foam materials was carried out by tuning a chemical reaction which takes place during curing. Sodium bicarbonate and potassium bicarbonate were used as harmless foaming agents. In order to improve the final performances of the foams, the ratio GE/ELO was increased in the reactive formulations based on IPDA hardener. But, such modification provokes also the thermal degradation of the system because of the high exothermicity of the curing reaction. The introduction of “exothermicity regulators” that undergo endothermic transformations allowed to control the excess of released heat and consequently, to prevent the material degradation. A last class of hardener was also studied and made it possible after optimization the production of foams with good ultimate properties. To conclude, a large range of biobased and lightweight rigid foams able to be produced in a few minutes was developed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The aim of the present research was to evaluate the physical and mechanical properties of LVL reinforced with fiberglass with two types of resins. Pinus elliottii veneers with 1,5 mm thickness were used to manufacture of the LVL panels. The panels were manufactured in two steps. The first one was the assembling of the LVL panels with nine layers of wood veneer glued with phenol-formaldehyde resin. The second step consisted into reinforcing the LVL with fiberglass impregnated with epoxy resin (E) or isophthalic resin (I). The treatments were: panels without reinforcement (T), panels reinforced with one fiberglass layer (E T1 e I T1), panels reinforced with two fiberglass layers (E T2 e I T2) and panels reinforced with four fiberglass layers (E T3 e I T3). The size of panel was 45 cm x 34 cm x 1,08 cm. The physical properties tested were density and moisture content. The mechanical properties tested were: static bending in flatwise and edgewise position, modulus of elasticity (MOE) and modulus of rupture (MOR); glueline shear strength by compression loading; hardness test; and non-destructive test by ultrasound method. The epoxy and the isophthalic resin showed similar mechanical performance among the different treatments.The resistence and stiffness of the panels were influenced by the reinforcement. The MOE in flatwise position was influenced by one reinforcement layer and the MOR was influenced by two reinforcement layers. In the edgewise position the MOE and the MOR values remained constant among the treatments with two fiberglass reinforcement layers. The MOE in nondestructive test had higher values when compared with the destructive method, however these values remained stable with two layers of reinforcement. Two layers of reinforcement on the tensile and compression side had higher values in hardness test. The epoxy resin presented higher glueline resistence and higher percentage of wood failure. Isophthalic and phenolic resin presented similar values of glueline strenght, however the isophthalic resin had lower percentage of wood failure. Thus, the reinforcement with one layer of fiberglass imprenated with epoxy resin on the tensile side would be enough to promote the mechanical qualities of LVL. / O objetivo desta pesquisa foi avaliar as propriedades físico-mecânicas de painéis de lâminas paralelas (LVL) reforçadas com camadas de fibra de vidro inpregnadas com dois tipos de matrizes. Lâminas de madeira de Pinus ellliottii com espessura de 1,5 mm foram utilizadas na fabricação dos painéis. A montagem dos painéis foi realizada em duas etapas. A primeira consistiu na fabricação dos painéis LVL com nove camadas de lâminas de madeira unidas com resina à base de fenol-formaldeído na gramatura de 190 g/m2 em linha simples. E a segunda etapa consistiu na aplicação do reforço de fibra de vidro impregnado com resinas epóxi (E) ou poliéster isoftálica com NPG (I). Os tratamentos utilizados foram: painéis sem reforços (T), painéis com uma camada de fibra de vidro (E T1 e I T1), painéis com duas camadas de fibra de vidro, sendo uma camada no lado de compressão e uma camada no lado de tração (E T2 e I T2) e painéis com quatro camadas de fibra de vidro, duas camadas do lado de compressão e duas camadas no lado de tração separados por uma lâmina de madeira (E T3 e I T3). Foram realizadas três repetições por tratamento, totalizando 21 painéis. As dimensões finais dos painéis foram 45 cm x 34 cm x 1,08 cm. Para determinar a qualidade dos painéis LVL foram avaliadas as propriedades físicas (massa específica e teor de umidade) e a resistência mecânica (flexão estática na posição flatwise e egdewise, resistência ao cisalhamento, dureza Janka e teste não destrutivo utilizando ultrassom). A resina epóxi e a resina isoftálica apresentaram as mesmas qualidades mecânicas nos diferentes tratamentos. A aplicação do reforço influenciou na resistência e na rigidez do painel. Na flexão estática na posição flatwise o módulo de elasticidade (MOE) foi influenciado por uma camada de reforço e o módulo de ruptura (MOR) por duas camadas de reforço. Na posição edgewise os valores de MOE e do MOR se mantiveram estáveis com a aplicação de duas camadas de reforços de fibra de vidro. O MOE pelo método ultrassônico apresentou valores maiores quando comparado com o método estático; em ambos os métodos os valores mantiveram-se estáveis com a aplicação de duas camadas de reforço. A dureza Janka foi maior para as painéis com mais camadas de fibra de vidro na posição de tração e compressão. A resina epóxi apresentou maior resistência ao cisalhamento e maior percentual de falhas na madeira, enquanto que a resina isoftálica, apesar de apresentar valores de resistência similares à fenólica, não apresentou boa adesão à madeira, representada pelo baixo percentual de falhas na madeira. A aplicação de uma camada de reforço de fibra de vidro com resina epóxi na posição de tração seria o suficiente para melhorar as qualidades mecânicas dos painéis LVL fabricados com lâminas de madeira de pinus unidas com fenol-formaldeído.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parte 1.pdf: 442291 bytes, checksum: f948228d7caa220f7398d3b07a84b8cc (MD5) Previous issue date: 2011-10-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Graphite is the cheapest and the most abundant source to obtain graphene. For a large scale production of graphene and its application in nanocomposites, reduction of graphite oxide (GO) method has been currently used. The graphite oxidation causes an introduction of functional groups which leads to an increase in graphite interlayer distance, producing GO. The GO can be reduced either by chemical or thermal methods. Several polymer matrices have been utilized to produce graphene nanocomposites, one of them is the epoxy resin. One of the challenges to produce polymer nanocomposites is the total dispersion of the nanofillers into the matrix and a strong matrix/nanofillers interfacial adhesion to obtain enhanced final properties. The aim of this work was the production of reinforcements for application in epoxy matrix nanocomposites. From natural graphite, some reinforcements were produced, such as sonicated graphite (SG), exfoliated graphite by supercritical fluid of carbon dioxide (GE-scCO2), GO, expanded GO (EGO) and chemical reduced GO (RGO). Among these, only the SG, GO and EGO were utilized in nanocomposites production at concentrations of 0.025, 0.05, 0.075 e 0.1 wt% in epoxy resin based on diglycidyl ether of bisphenol-A (DGBEA). The results showed the graphite oxidation method was efficient to produce GO and both, chemical and thermal reduction methods, increases the thermal stability of the material, indicating high reduction level which was also verified by X-ray diffraction. The graphite exfoliation by scCO2 demonstrated to be a promising method for graphene production, although it had a low production rate. The results did not show significant changes in thermal stability and electrical conductivity of the nanocomposites, indicating an absence of a threshold percolation with the amounts of reinforcements studied. The most promising system to enhance mechanical properties of epoxy resin nanocomposites is that one with EGO, since it showed a tenacity increase and an improvement of ~70% in tensile strength, although the Young s modulus decreased. The results showed the reinforcements produced from the natural graphite have a great potential to be applied in structural nanocomposites, however to get more significant results on the properties evaluated, higher amounts of reinforcements and different dispersion methods should be studied further. / O grafite é a fonte mais abundante e de baixo custo para obtenção de grafeno. Para uma produção em larga escala de grafeno e sua aplicação em nanocompósitos, o método de redução do óxido de grafite (OG) tem sido o mais utilizado. Com a oxidação do grafite, grupos funcionais, são introduzidos na sua estrutura e causam o afastamento dos planos cristalinos do grafite, produzindo o OG. Sua redução pode ser realizada tanto por métodos químicos quanto térmicos. Várias matrizes poliméricas estão sendo utilizadas na produção de nanocompósitos com grafeno, dentre elas a resina epoxídica. Um dos desafios é proporcionar a dispersão total do nanoreforço na matriz e promover uma forte adesão interfacial matriz/nanoreforço para se obter melhores propriedades finais. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi produzir reforços a partir do grafite natural para aplicação em nanocompósitos poliméricos de matriz epoxídica. A partir do grafite natural, foram produzidos alguns reforços, como o grafite sonificado (GS), grafite esfoliado por fluido supercrítico de CO2 (GE-scCO2), OG, OG expandido (OGE) e OG reduzido quimicamente (OGR). Dentre estes, apenas o GS, OG e OGE foram utilizados na produção dos nanocompósitos, utilizando as concentrações de 0,025, 0,05, 0,075 e 0,1% m/m do reforço em matriz de resina epoxídica à base de éter diglicidílico do bisfenol A (DGEBA). Os resultados indicaram que o método de oxidação do grafite foi eficaz na produção de OG e que tanto a redução química quanto a térmica aumentou a estabilidade térmica do material, evidenciando alto grau de redução, comprovado também por difratografia de raios-X. A esfoliação do grafite por scCO2 se mostrou um método promissor na obtenção de grafeno, embora os resultados obtidos indicaram baixo rendimento de produção. Não foram observadas alterações significativas na estabilidade térmica e na condutividade térmica dos nanocompósitos, indicando que não se formaram redes de percolação nas concentrações estudadas. Os sistemas contendo OGE mostraram ser os mais promissores na melhoria das propriedades mecânicas, pois apresentou maior tenacidade e um incremento de até ~70% na resistência à tração, embora o módulo de Young tenha sido reduzido. Com base nestes dados, pode-se dizer que os reforços produzidos a partir do grafite natural possuem grande potencial para aplicação em nanocompósitos estruturais, porém para se obter resultados mais significativos a respeito das propriedades avaliadas, maiores concentrações de reforço e diferentes técnicas de dispersão devem ser estudadas.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Parte 1.pdf: 86993 bytes, checksum: 84f9ef5ca3d5e4b6abc44c72fe430745 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Epoxy resin / carbon nanotubes (CN) composites are widely used due to the versatile matrix phase and the excellent properties of the reinforcing phase. However, the development of polymer nanocomposites still faces three important challenges: interfacial interaction, dispersion and orientation of the reinforcing phase. This work studied the orientation process of NC by electric field of 100 V/cm, and how this phenomenon changes the properties of these materials. The in situ polymerization method was used to fabricate nanocomposites with multi-walled carbon nanotubes and epoxy resin. We made three sets of nanocomposites, each set contained five concentrations of CN: 0.00, 0.04, 0.08, 0.20 and 0.30 (v/v). In the manufacture of the first set, the samples were not subjected to an electric field during curing, while the second set of samples was prepared under an electric field of 100 V/cm at a frequency of 1 kHz during curing. The third set was prepared under an electric field of 100 V/cm at 60 Hz during curing. Viscosimetry techniques, optical microscopy, scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry (DSC) and impedance spectroscopy were used to characterize the dispersion and orientation of carbon nanotubes. The viscosimetry shows that the nanocomposites exhibit a shear thinning behavior for all concentrations studied. However, the viscosity of the material increased considerably with CN concentration, ca. 50% for 0.30% (v/v) NC, difficulting the processing of samples. Optical and electronic microscopies showed that the manufacturing method used to disperse the CN did not provide a homogeneous dispersion. Using the impedance spectroscopy technique it was possible to characterize the orientation of the CN, since the electrical conductivity of all samples submitted to the electric field during curing showed an increase of 2.8 orders of magnitude compared to the set that was not subjected to the electric field. The orientation of the CN decreased the percolation threshold of the samples. Nanocomposite samples not subjected to the electric field during curing (ER) showed a percolation threshold of (0.06 ± 0.02) (v/v), while the set of samples subjected to the electric field (EA) had a percolation threshold (0,010 ± 0,005) (v/v). In these systems the direction of CN showed no dependence on the frequency of the applied electric field during curing, as the electrical conductivity of the samples prepared under the electric field oscillating at 1 kHz and that of the samples prepared at 60 Hz showed similar values. / Compósitos de resinas epoxídicas e nanotubos de carbono (NC) são materiais amplamente estudados para potenciais aplicações funcionais e estruturais, pois a fase matriz polimérica é versátil e a fase reforço apresenta excelentes propriedades. Porém, o desenvolvimento destes nanocompósitos poliméricos ainda enfrenta três desafios para que as propriedades da fase reforço sejam transferidas à matriz: a interação interfacial, a dispersão e a orientação da fase reforço. Nesse trabalho foi estudado o processo de orientação de NC por campo elétrico de 100 V/cm e como esse fenômeno altera as propriedades desses materiais. O método de polimerização ��in situ�� foi usado para fabricar nanocompósitos com nanotubos de carbono de paredes múltiplas e resina epóxi baseada no éter diglicidílico do bisfenol A (DGEBA), tendo em vista o estudo das suas propriedades elétricas. Foram fabricados três conjuntos de nanocompósitos, cada conjunto continha cinco concentrações de NC: 0,00; 0,04; 0,08; 0,20 e 0,30 % (v/v). Na fabricação do primeiro conjunto as amostras não foram submetidas ao campo elétrico durante a cura. Na fabricação do segundo conjunto as amostras foram submetidas a um campo elétrico de 100 V/cm com frequências de 1 kHz durante a cura. Na fabricação do terceiro conjunto as amostras foram submetidas a um campo elétrico de 100 V/cm com frequências de 60 Hz durante a cura. As técnicas de viscosimetria, microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, calorimetria diferencial de varredura (DSC) e espectroscopia de impedância foram usadas para caracterizar a dispersão e orientação dos nanotubos de carbono. A viscosimetria mostrou que os nanocompósitos apresentam um comportamento pseudoplástico para todas as concentrações estudadas. Contudo, o aumento da concentração de NC aumentou também a viscosidade do material, em cerca de 150 % para 0,30 %(v/v) de NC, dificultando o processamento das amostras. As técnicas de microscopia ótica e eletrônica mostraram que o método de fabricação usado para dispersar os NC não proporcionou uma dispersão homogênea em escala nanométrica. Já com a técnica de espectroscopia de impedância foi possível caracterizar a orientação dos NC, pois a condutividade elétrica do conjunto de amostras submetidas ao campo elétrico durante a cura apresentou um incremento de 2,8 ordens de grandeza quando comparado ao conjunto não submetido ao campo elétrico. A orientação dos NC diminuiu o limiar de percolação das amostras, pois o conjunto de amostras de nanocompósitos não submetidas ao campo elétrico durante a cura apresentou um limiar de percolação de (0,06 ± 0,02) % (v/v). Já o conjunto de amostras de nanocompósitos submetidas ao campo elétrico apresentou um limiar de percolação de (0,010 ± 0,005) % (v/v). Nesse sistema a orientação dos NC não apresentou dependência à frequência do campo elétrico aplicado durante a cura, pois a condutividade elétrica das amostras submetidas ao campo elétrico oscilando a 1 kHz e das amostras submetidas ao campo elétrico oscilando a 60 Hz apresentaram valores similares.