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[en] ANALYSIS OF A BIOPOLYMER FOR DEVELOPMENT OF A TOOTHBRUSH / [pt] ANÁLISE DE UM BIOPOLÍMERO PARA DESENVOLVIMENTO DE ESCOVA DENTALPATRICIA BORBA WERNER 04 March 2010 (has links)
[pt] O uso indiscriminado de polímeros derivados do petróleo como matériaprima
tem resultado no acúmulo de resíduos de lenta biodegradabilidade nos
aterros sanitários, pois os plásticos convencionais levam cerca de meio século
para serem degradados. Diante desse cenário, o estudo de polímeros derivados de
fontes renováveis, os biopolímeros, é totalmente relevante e, em muitos casos, os
polímeros derivados do petróleo podem ser substituídos por biopolímeros.
Pesquisas apontam a escova dental como um produto ideal para sofrer esta
mudança, por ser um produto de uso pessoal rapidamente descartado e por ser,
geralmente, produzido a partir do polipropileno (PP), polímero que apresenta lenta
biodegradabilidade. Dessa forma, este trabalho multidisciplinar tem como
objetivo o desenvolvimento de um protótipo de escova dental fabricado em
poliuretano derivado do óleo de mamona, bem como a caracterização desse
material a partir de ensaios de absorção de água e de saliva artificial, análise
térmica dinâmico-mecânica (DMTA) e ensaios mecânicos de tração,
estabelecendo uma comparação com o PP. A partir dos ensaios pode-se concluir
que o PU derivado de mamona apresentou absorção de saliva superior à de água e
esta, por sua vez, superior ao PP. Com relação a tração, o PP superou o PU em
todos os aspectos, mostrando-se um material mais resistente e de maior rigidez.
Contudo, concluiu-se que com algumas alterações no design, uma escova
fabricada em PU derivado do óleo de mamona pode alcançar a mesma carga de
ruptura e rigidez estrutural de uma escova convencional. / [en] Indiscriminate use of raw materials by various industries such as polymers
from petroleum has been causing an ever-increasing accumulation of slow
biodegrading residue materials in sanitary pits. Many modern life utensils are
made out of conventional plastic that are estimated to take up to half a century to
decompose. In view of this situation, the study of polymers from renewable
sources, the biopolymers, is key in the search for alternatives that may decrease
the damaging effects on the environment. Petroleum based polymers can in many
instances be replaced by biopolymers. Amongst such products, research has been
indicating that toothbrush manufacturing can make use of alternative materials. A
toothbrush is a personal hygiene device that should be used for relatively short
periods. It is commonly made out of polypropylene (PP), a polymer with slow
biodegrading characteristics. This study uses a multidisciplinary approach and its
objective is the development of a toothbrush handle made out of polyurethane
derived from castor oil. Water and artificial saliva absorption, DMTA and traction
experiments were carried out to compare chemical and mechanical properties of
traditional polypropylene and castor oil polyurethane toothbrushes. From the tests
we can conclude that the derivative of castor oil PU showed absorption of saliva
superior to water and also superior to PP. With respect to traction, the PP over the
PU in all aspects and is a material more resistant and more rigid. However, it was
concluded that with some changes in design, a brush made of PU derivative of
castor oil might reach the same tensile strength and structural rigidity of a
conventional toothbrush.
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[en] ANALYSIS OF A PULTRUDED COMPOSITE: DIGITAL MICROSCOPY, MECHANICAL CHARACTERIZATION AND AGING / [pt] ANÁLISE DE UM COMPÓSITO PULTRUDADO: MICROSCOPIA DIGITAL, CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E ENVELHECIMENTOYOANKA GALCERAN CHACON 11 May 2009 (has links)
[pt] Um compósito pultrudado de matriz polimérica reforçado por fibras de
vidro foi caracterizado por microscopia digital, análise de imagens, ensaios
mecânicos e envelhecimento por absorção de água e exposição a radiação
ultravioleta (UV). A partir de uma placa do compósito, corpos de prova
longitudinais e transversais foram obtidos e preparados para os diferentes
experimentos. Mosaicos de imagens obtidas por Microscopia Eletrônica de
Varredura (MEV), com alta resolução e grande abrangência espacial, foram
automaticamente construídos e quantitativamente analisados. Foi desenvolvida
uma metodologia de processamento e análise das imagens obtidas, permitindo
obter, automaticamente, as frações de fibras, carga e matriz, do material, bem
como a distribuição de tamanhos e formas das fibras. Os parâmetros
microestruturais obtidos permitiram calcular propriedades mecânicas que foram
comparadas com as obtidas diretamente de ensaios de flexão, com ótima
concordância. O material foi envelhecido através da imersão em água e a
mudança das propriedades mecânicas foi avaliada, indicando perdas
significativas. A curva de absorção de água foi experimentalmente obtida e
pode ser ajustada pelo modelo de Fick. A exposição a radiação UV não afetou
as propriedades mecânicas dos compósitos quando os ensaios foram feitos na
direção das fibras.Porém, quando os ensaios foram feitos na direção
perpendicular às fibras houve uma queda consistente do módulo de elasticidade
em função do tempo de exposição. / [en] A glass fiber-reinforced polymer-matrix pultruded composite was
characterized by digital microscopy, image analysis, mechanical tests, and
aging by water absorption and UV exposure. Both longitudinal and transverse
samples were obtained from a composite plate and prepared for the several
experiments. Mosaics of images obtained by Scanning Electron Microscopy
(SEM), with simultaneous high-resolution and wide spatial coverage, were
automatically built and quantitatively analyzed. An image processing and
analysis method was developed to obtain, in automatic fashion, the area
fractions of fibers, filler and matrix, as well as the distribution of fiber sizes and
shapes. The obtained microstructural measurements were used to estimate
mechanical properties that were compared to those directly obtained from
bending tests, with excellent agreement. The material was through immersion in
water and the change in mechanical properties was evaluated, indicating
significant losses. The water absorption curve was experimentally obtained and
was fitted with the Fick model. Exposure to UV did not affect the mechanical
properties when the tests were performed in the fiber direction. However, when
tests were performed in a direction normal to the fibers, there was a consistent
reduction of the Young modulus as a function of exposure time.
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[en] HEAT INFLUENCE ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF DENDROCALAMUS GIGANTEUS BAMBOO / [pt] INFLUÊNCIA DO CALOR NAS PROPRIEDADES FÍSICAS E MECÂNICAS DO DENDROCALAMUS GIGANTEUS BAMBUARASH AZADEH 14 November 2018 (has links)
[pt] O principal objetivo da presente tese é investigar o efeito do calor nas propriedades físicas e mecânicas do bambu Dendrocalamus giganteus. A análise química foi realizada para estudar e comparar componentes químicos de diferentes espécies e partes internas e externas do bambu Dendrocalamus giganteus. Para estabelecer a faixa de aquecimento e seus intervalos, foi realizado o teste de análise termogravimétrica (TGA) para estudar a degradação de diferentes gêneros e espécies de bambu nos níveis macro, meso, micro e nano. Baseado em ensaios preliminares de exposição ao calor e nos resultados da TGA, ensaios executados a temperaturas iniciais de 25 graus Celsius (considerado como temperatura ambiente), 100 graus Celsius, 125 graus Celsius, 150 graus Celsius, 175 graus Celsius, 200 graus Celsius e 225 graus Celsius foram expostos por um período de 3 horas, considerado como curto prazo, e 24 horas, considerado como um longo prazo de exposição ao calor. Processamento de imagem foi realizado para investigar a meso estrutura do bambu, como functionally graded material (FGM), e a distribuição das fibras da parte interna à parte externa da parede de espessura do bambu, ao longo da direção radial. A fração volumétrica das fibras e da matriz para a parte interna e externa da seção do bambu foi estabelecida e utilizada na investigação da absorção de água por cada componente do bambu. O microscópio eletrônico de varredura (MEV) e a microtomografia de raios X foram usados para estudar os efeitos de diferentes exposições ao calor na microestrutura da fibra e da matriz. As microfissuras iniciam e propagam após 175 graus Celsius. Também foram investigados a influência do calor na higroscopicidade, a absorção de água, o encolhimento e o inchamento das amostras do bambu nas direções longitudinal, radial e tangencial sob diferentes temperaturas e exposições de tempo. O encolhimento não uniforme e a absorção da água de amostras do teste com o bambu, medido na direcção tangencial nos lados internos e externos, permitiram estabelecer a propriedade higroscópica de cada componente. Os resultados mostram que, com a exposição ao calor superior a 175 graus Celsius, a capacidade de absorção de água reduz significativamente. Resistência à tração, compressão e cisalhamento estabelecida ao longo das fibras e somente experimento de tração transversal realizado transversalmente às fibras. Além disso, o módulo dinâmico de elasticidade em flexão, usando a técnica de excitação por impulso aplicada a espécimes considerados. A variação tangível nas propriedades mecânicas ocorreu após a exposição do calor a 175 graus Celsius durante 3h ou a 150 graus Celsius por 24h. Os módulos de elasticidade e resistência à compressão não são reduzidos significativamente e, quase, permanecem os mesmos para amostras tratadas a 225 graus Celsius durante 3h e 200 graus Celsius por 24h mas para as amostras de tração, cisalhamento e tração transversal, a resistência mecânica diminui cerca de 70 por cento - 90 por cento a esta temperatura-tempo. / [en] The principal objective of the present thesis is to investigate the effect of heat on physical and mechanical properties of Dendrocalamus giganteus bamboo. The chemical analysis carried out to study and compare chemical components among different species and the internal and external parts of Dendrocalamus giganteus bamboo. To establish the heating range and its intervals the thermogravimetric analysis test (TGA) carried out to study the degradation of different bamboo genera and species at macro, meso, and micro and nano level. Based on preliminary heat exposure tests and the results of TGA, the tests executed at initial temperatures 25 degrees Celsius considered as ambient temperature, 100 degrees Celsius, 125 degrees Celsius, 150 degrees Celsius, 175 degrees Celsius, 200 degrees Celsius and 225 degrees Celsius for 3 hours duration as short term, and 24 hours duration as long term heat exposure. Image processing carried out to investigate the meso structure of bamboo as a functionally graded material (FGM) and the fiber distribution alongside the radial direction from internal to external bamboo wall thickness. The volume fraction of fibers, matrix and voids for internal and external part of bamboo section established and used in the investigation of water absorption of each component of the bamboo. The scanning electronic microscope (SEM) and X-ray microtomography used to study the effects of different heat exposures on micro structure of fiber and matrix. The micro cracks initiate and propagate after 175 degrees Celsius. The influence of heat on hygroscopicity, water absorption, shrinkage and swelling of bamboo specimens in longitudinal, radial and tangential directions at different temperatures and time exposures investigated. The non-uniform shrinkage and water absorption of bamboo test specimens, measured in tangential direction at internal and external sides which permitted to establish the hygroscopic property of each component. The results show by heat exposure higher than 175 degrees Celsius the water absorption capacity reduces significantly. The tensile, compression, and shear resistance established along the fibers and only tensile experiments realized transversal to the fibers. In addition, the dynamic bending modulus of elasticity using impulse excitation technique applied to considered specimens. The result of mechanical tests shows a close relation between transversal tensile and shear strength with matrix strength. The tangible variation in mechanical properties occurred after heat exposure-time at 175 degrees Celsius-3h or 150 degrees Celsius-24h. The modulus of elasticity and compression strength are not reduced significantly and nearly remain the same for samples treated at 225 degrees Celsius-3h or 200 degrees Celsius-24h while for the tensile, shear and transversal tensile samples, the mechanical strength decreases about 70 percent to 90 percent at these temperature-time.
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[pt] EFEITO DA VARIAÇÃO DE TEMPERATURA SOBRE A RESISTÊNCIA AO IMPACTO DE COMPÓSITOS COM MATRIZ EPÓXI REFORÇADOS COM FIBRAS DE VIDRO, FIBRAS DE LUFFA CYLINDRICA E COMPÓSITOS HÍBRIDOS FIBRA DE VIDRO/LUFFA / [en] EFFECT OF TEMPERATURE VARIATION ON THE IMPACT STRENGTH OF EPOXY MATRIX COMPOSITES REINFORCED WITH GLASS FIBERS, LUFFA CYLINDRICA FIBERS AND HYBRID FIBERGLASS/LUFFA COMPOSITES31 October 2023 (has links)
[pt] Os compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras se destacam em
diversas aplicações industriais, devido as suas características, como baixo custo,
baixa densidade e boa resistência mecânica. Porém, o ambiente ao qual o compósito
será exposto e a variação de temperatura a qual o compósito é submetido, irão
exercer influência no comportamento do material. Estudos sobre as características
microestruturais e o comportamento mecânico de compósitos poliméricos com
fibras de luffa (Luffa cylindrica) e híbridos (fibra de vidro/luffa) em ambientes
úmidos são recentes e, para os compósitos de luffae, principalmente, para os
híbridos poucas pesquisas foram realizadas. Assim, com a finalidade de obter
materiais com diferentes propriedades e comportamentos, foram fabricados e
estudados compósitos com matriz epóxi reforçada com fibras de vidro, fibra de
luffae híbridos vidro-luffa. O ensaio de envelhecimento foi realizado em amostras
submersas em água destilada em duas temperaturas de envelhecimento (25°C e
60°C). O tempo total de envelhecimento foi de 4 meses (120 dias). Para a avaliação
da degradação mecânica foram realizados ensaios não-destrutivos (termografia e
ensaio sonoro) e ensaios destrutivos (impacto). O processo de absorção de água nos
compósitos também foi avaliado. O presente estudo tem como relevância o
preenchimento de lacunas de conhecimento do comportamento de híbridos
vidro/luffa, notadamente em ambiente úmido com variação de temperatura. Como
resultado, observou-se que o ensaio de envelhecimento indicou que os valores de
absorção máxima dos compósitos de fibra de vidro, luffa e híbrido, assim como,
seus respectivos coeficientes de difusão mostraram-se condizentes com os valores encontrados na literatura. Os compósitos de fibra de luffa foram os que
apresentaram maior valor de absorção. Já os resultados do ensaio de impacto,
permitiram identificar os modos de falha e avaliar o efeito entre as temperaturas de
envelhecimento. Os compósitos de fibra de vidro tiveram pouca variação da
resistência ao impacto antes e após o envelhecimento a 25ºC e a 60ºC. Já os
compósitos de fibra de luffa e híbrido apresentaram uma variação considerável
antes e após o envelhecimento a 25ºC e 60ºC. O ensaio sonoro permitiu avaliar o
efeito do envelhecimento sobre o módulo de elasticidade e o fator de perda. O
resultado do ensaio sonoro dos compósitos híbridos mostrou que o módulo de
elasticidade e o fator de perda não tiveram diferenças significativas entre os tempos
de envelhecimento indicando que a hibridização atuou de modo eficiente para
proteger as fibras de luffa. O ensaio de termografia foi usado como uma nova
abordagem para avaliar a condutividade térmica dos compósitos. Por fim, conclui-se que a hibridização foi eficiente, pois os compósitos híbridos apresentaram
características em relação a absorção, resistência ao impacto e condutividade
térmica, intermediárias aos compósitos de fibra de vidro e fibra de luffa e,
principalmente a hibridização reduziu de modo significativo a degradação do
compósito de luffa quando exposto a ambiente úmidos, além de proporcionar uma
alternativa de projeto mais ambientalmente amigável. / [en] Polymer matrix composites reinforced with fibers stand out in various
industrial applications due to their characteristics such as low cost, low density, and
good mechanical strength. However, the environment to which the composite will
be exposed and the temperature variation to which the composite is subjected will
influence the material s behavior. Studies on the microstructural characteristics and
mechanical behavior of polymer composites with Luffa cylindrica fibers and hybrid
fibers (glass/luffa) in humid environments are recent, and few studies have been
carried out for the Luffa and, especially, the hybrid composites. Thus, in order to
obtain materials with different properties and behaviors, composites were
fabricated and studied with an epoxy matrix reinforced with glass fibers, Luffa
fibers, and glass-Luffa hybrids. The aging test was carried out on samples
submerged in distilled water at two aging temperatures (25°C and 60°C). The total
aging time was 4 months (120 days). Non-destructive tests (thermography and
sound test) and destructive tests (impact) were performed to evaluate mechanical
degradation. The water absorption process in the composites was also evaluated.
The present study is relevant to filling knowledge gaps in the behavior of glass/luffa
hybrids, especially in a humid environment with temperature variation. As a result,
it was observed that the aging test indicated that the maximum absorption values of
the glass, Luffa, and hybrid fiber composites, as well as their respective diffusion
coefficients, were consistent with the values found in the literature. The Luffa fiber
composites had the highest absorption value. The results of the impact test allowed
for the identification of failure modes and the evaluation of the effect between aging temperatures. The glass fiber composites had little variation in impact strength
before and after aging at 25°C and 60°C. The Luffa and hybrid fiber composites
showed considerable variation before and after aging at 25°C and 60°C. The sound
test allowed for the evaluation of the aging effect on the modulus of elasticity and
loss factor. The sound test results for the hybrid composites showed that the
modulus of elasticity and loss factor had no significant differences between aging
times, indicating that hybridization efficiently protected the luffafibers. The
thermography test was used as a new approach to evaluate the thermal conductivity
of the composites. Finally, it is concluded that hybridization was efficient because
the hybrid composites had characteristics regarding absorption, impact resistance,
and thermal conductivity that were intermediate between glass and Luffa fiber
composites, and mainly hybridization significantly reduced the degradation of the
Luffa composite when exposed to humid environments, as well as providing a more
environmentally friendly design alternative.
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[en] MECHANICAL AND ADHESIVE PROPERTIES EVALUATION OF EPOXY RESINS BEFORE AND AFTER AGEING / [pt] AVALIAÇÃO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS E ADESIVAS DE RESINAS EPOXÍDICAS COM E SEM ENVELHECIMENTONARA GUIDACCI BERRY 14 March 2005 (has links)
[pt] Um tipo de resina epoxídica (RE) foi modificada com
polibutadieno líquido
hidroxilado (PBLH) a partir da mistura física de ambos os
componentes (EPH) ou a partir da
obtenção de copolímeros em bloco da resina epoxídica com
PBLH funcionalizado com
grupos isocianato (EPI) e carboxila (EPA). Foi realizado
um estudo do comportamento
mecânico desses sistemas epoxídicos, após a cura com um
endurecedor a base de aminas,
antes e após envelhecimento. Também foram avaliadas as
propriedades adesivas, antes e após
envelhecimento, através de ensaios com juntas de topo e
juntas sobrepostas simples
fabricadas com esses adesivos e com substratos de aço. O
estudo do envelhecimento
abrangeu absorção de água a temperatura ambiente e
envelhecimento térmico. Foi possível
concluir que a condição de pós-cura estabelecida em um
trabalho anterior não acarretou na
densidade máxima de ligações cruzadas dos sistemas e isto
afetou o comportamento dos
mesmos após os envelhecimentos. Para as condições de cura
e pós-cura aplicadas, a água, no
período de tempo estudado, acarretou na plastificação dos
sistemas, mas não afetou as
propriedades adesivas das juntas fabricadas com os
adesivos RE, EPA e EPI. Já o tratamento
de envelhecimento térmico a 150oC por 7 dias acarretou na
queda de algumas propriedades
mecânicas, mas teve o efeito distinto de melhorar as
propriedades adesivas das juntas
fabricadas com EPI, EPH e EPA em relação à carga de
ruptura, todavia resultando num
aumento da rigidez efetiva dessas juntas. / [en] A kind of epoxy resin was modified with hydroxyl-
terminated polybutadiene
(HTPB), using a physical blend of both components (EPH) or
using a block
copolymer of HTPB-RE. The block copolymers were prepared
by reacting RE with
isocyanate-funcionalized HTPB (EPI) or carboxyl-
funcionalized HTPB (EPA). The
cure agent was a blend of amines. A study of the
mechanical behavior of these
systems was carried out, before and after aging. Also the
adhesive properties were
evaluated, before and after aging, testing bonded joints
(both butt and single-lap)
manufactured with these adhesives and employing a steel
adherent. This ageing study
enclosed water absorption, at ambient temperature, and
thermal aging. It can be
concluded that the condition of post-cure, established in
a previous work, did not
promote the maximum crosslink density of the systems and
this affected the behavior
of these systems after aging. Considering the conditions
of cure and post-cure and the
period of time applied in this work, the water caused the
plasticization of the systems,
but it did not affect the adhesive properties of the
joints manufactured with the
adhesives RE, EPA and EPI. Considering the thermal aging
treatment at 150oC
during 7 days, it caused the decrease of some mechanical
properties, but it had the
distinct effect to improve the adhesive properties of the
joints manufactured with EPI,
EPH and EPA regarding the rupture load, however resulting
in an increase of the
joints stiffness.
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