Os copolímeros de óxidos de alquileno compreendem uma vasta classe de substâncias formadas pela adição seqüencial de um monômero a um iniciador seguida da adição seqüencial de outro monômero. Quando se utilizam como monômeros os óxidos de etileno e propileno obtêm-se os copolímeros EO/PO que são substâncias largamente empregadas na indústria, como tensoativos, emulsionantes, detergentes, etc. Os copolímeros EO/PO podem ser analisados de diversas maneiras por meio de vários métodos por via úmida e análises instrumentais, tais como Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho, Espectroscopia de Absorção na Região do Ultravioleta, Espectrometria de Massas, Ressonância Magnética Nuclear, Cromatografia Gás Líquido, Polarografia, Espectroscopia Raman, Eletrólises, entre outros. Este trabalho teve como objetivo determinar o conteúdo de óxido de etileno e óxido de propileno em seus copolímeros em bloco através de Pirólise acoplada à Cromatografia à Gás, Espectroscopia Absorção na Região do Infravermelho e Termogravimetria. Essas técnicas são as mais acessíveis e existentes na maioria dos laboratórios da atualidade e foram empregadas para correlacionar os dados obtidos com os teores de EO/PO calculados nas amostras preparadas. A comparação entre as técnicas instrumentais permitiu indicar o método de melhor aplicação industrial nesta determinação. Para o desenvolvimento do estudo, foram preparadas amostras de polipropilenoglicóis e copolímeros EO/PO, com adição conhecida das massas dos reagentes, e também, foram utilizadas amostras comercias selecionadas dos processos industriais da Oxiteno S/A Indústria e Comércio. Pelos ensaios realizados, foi constatado que, por Termogravimetria, não foi possível obter uma boa correlação dos dados das curvas TG com os teores de EO/PO das amostras, nas condições testadas. Por outro lado, pelas análises por Pirólise acoplada à Cromatografia à Gás e por Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho utilizando acessório de Reflectância Total Atenuada, foi possível desenvolver metodologias que atenderam aos objetivos do trabalho. No entanto, a técnica que melhor se aplicou foi a Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho.

A pultrusão é um processo de manufatura que é usado para fabricação de materiais compósitos de secção constante. Este processo consiste de um sistema de tracionamento da fibra por um puxador contínuo, em que os filamentos de fibra são impregnados em um banho de resina, posteriormente, a fibra impregnada com a resina passa por um molde aquecido, em que neste, as altas temperaturas induzem a ocorrência de reações químicas exotérmicas, provocando a polimerização, que é a cura do material compósito. Nos últimos anos a demanda destes materiais tem aumentado bastante nos mais diversos segmentos como na indústria automobilística e aeroespacial uma vez que estes materiais apresentam características importantes como: alta resistência à ambientes corrosivos, baixo peso, baixa condutividade elétrica. O processo da pultrusão pode ser entendido como um problema de difusão-reação-advecção modelado por duas equações diferenciais parciais: energia e grau de cura. Estas equações são acopladas por um termo fonte proveniente da reação de cinética de cura. Neste trabalho, procurou-se analisar os diferentes modelos (abordagens elíptica e parabólica) existentes para o processo de pultrusão, a fim de avaliar os fenômenos efetivos deste processo, adicionalmente obteve -se vários resultados no que dizem respeito às condições de operação deste processo com vistas a sua otimização, como a influência da fração de fibra, temperatura da parede do molde, temperatura de entrada no molde, velocidade de tração, diâmetro do molde e propriedades térmicas do compósito variáveis com a temperatura e com o grau de cura, procurando quantificar os efeitos destas variáveis. Os resultados revelaram que as modelagens elípticas e parabólicas apresentam previsões dos perfis de temperatura e grau de cura similares para velocidades de tração mais elevada (Pe >70). As variáveis como: fração de fibra e o diâmetro do material pultrudado bem como a temperatura da parede do molde e propriedades térmicas do compósito apresentaram forte influência no processo da pultrusão, ao contrário da temperatura de entrada do molde que, na faixa de condições de operação estudadas, não apresentou efeito significativo.

O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos poliméricos avançados tem como uma de suas finalidades, formar um conjunto de materiais que combinem alta resistência, alta rigidez e baixa massa específica. Esta combinação de propriedades é resultante da união de reforços de fibras com polímeros, tornando os compósitos particularmente atrativos como substituintes das ligas metálicas em aplicações aeronáuticas e espaciais. Os compósitos obtidos com termoplásticos de engenharia, em comparação aos compósitos termorrígidos, podem apresentar maior rigidez, maior resistência ao impacto, maior temperatura de serviço, menor absorção de água, menor custo de processamento, baixo custo de transporte e estocagem, maior facilidade na execução de reparos, maiores possibilidades de integração e possibilidade de reciclar rejeitos. Dentre os processos de conformação disponíveis para compósitos termoplásticos, a moldagem por conformação a quente com molde híbrido metal-borracha vem sendo muito utilizado devido ao seu baixo custo e elevada produtividade. Neste processo, o ciclo térmico e as cargas mecânicas envolvidas podem afetar a cinética de cristalização e causar deslocamentos da fibra em relação à matriz ou o aparecimento de vazios. Portanto, as propriedades da peça final podem ser afetadas. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência dos parâmetros de processamento, com ênfase nas variações de temperatura, nas propriedades mecânicas tais como módulo elástico e resistência obtidos por flexão e módulo elástico obtido por compressão para laminados de compósitos termoplásticos de poli(éter-imidia) (PEI) reforçado com fibra de carbono e poli(sulfeto de fenileno) (PPS) reforçado com fibra de carbono e de vidro. As propriedades mecânicas, cristalinidade e qualidade de compactação foram avaliadas e correlacionadas antes e depois do processamento por moldagem por compressão a quente em molde híbrido metal-borracha. As conclusões mostraram que os ciclos térmicos do processo de conformação utilizando os moldes mais frios, 50C e 100C para os compósitos de PEI e PPS, respectivamente, causaram um decremento nas propriedades medidas em flexão.

Para estabelecer a relação entre estrutura e propriedades de propelentes sólidos compósitos é importante conhecer a estrutura dos ligantes elastoméricos que têm sido utilizados nestes sistemas. Portanto, nesta dissertação de mestrado foi feita a caracterização de novos ligantes, contendo grupos energéticos azida. Esta caracterização foi feita por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) em larga faixa espectral, Infravermelho Próximo, Infravermelho Médio e Infravermelho Distante (NIR/MIR/FIR). Isto permitiu a identificação de bandas analíticas e o desenvolvimento de uma metodologia quantitativa, por FT-MIR, para determinar o conteúdo de C, H e N em polímeros energéticos usados em propelentes. Dados de análise elementar foram usados como referência. Os resultados FT-MIR mostraram boa concordância com análises CHN. Uma boa relação linear foi obtida, sugerindo que a metodologia desenvolvida pode ser usada para o controle de qualidade desses polímeros energéticos. Foi desenvolvido um método para a determinação de massa molar por FT-IR, sugerindo uma boa alternativa para laboratórios que não possuam equipamentos usuais, tais como cromatógrafos, para esta determinação. Foi sintetizado o polímero energético poli-BAMO e foi utilizada a espectroscopia FT-MIR para o acompanhamento das reações envolvidas. Foi realizada a análise cinética do copolímero de BAMO e AMMO por análise térmica, usando-se o método isoconversional, com dados provenientes da técnica termogravimétrica, TG, apresentando a distribuição de energia de ativação (Ea) em função do grau de avanço da reação de decomposição térmica. O propelente BAMO-AMMO apresentou valores de energia de ativação e entalpia similares ao propelente HTPB, mesmo tendo o copolímero BAMO-AMMO apresentado um valor de entalpia bem maior que o HTPB sem carga.

A mulita (3Al2O3 2SiO2) é um material de uso altamente estratégico e uma promissora candidata no avanço estrutural e funcional dos materiais de cerâmicos, pois apresenta baixa expansão mecânica, baixa condutividade térmica e excelente resistência mecânica. Essas propriedades dependem da composição e pureza dos reagentes e do processo de síntese utilizado, as quais, por sua vez, influenciam diretamente na homogeneidade da mistura de substâncias que irão reagir para formar a cerâmica desejada. A mulita geralmente é obtida a partir de géis monofásicos e difásicos através do processo químico sol-gel. O grau de dissociação de alumínio na rede tridimensional de sílica varia de acordo com o gel formado. Portanto, uma maior dissociação permite obter precursores homogêneos com redução na temperatura de formação das fases cristalinas de mulita, tetragonal e ortorrômbica. Para verificar a influência da homogeneidade dos precursores, valores dos parâmetros cinéticos, como, energia de ativação (E) e o fator pré-exponencial de Arrhenius (A), foram obtidos. A homogeneidade dos precursores foram modificadas variando a proporção água : etanol durante o processo de gelatinização. Verificou-se o comportamento térmico dos precursores por meio de técnica termoanalítica - análise térmica diferencial (DTA). Os valores de E e do A foram obtidos pelo método isoconversional de Flynn-Wall-Ozawa. As caracterizações estruturais foram verificadas utilizando as técnicas de difração de raios X (DRX). Dentre os xerogéis preparados, os xerogéis com menor porporção de água apresentam-se características de xerogéis de elevada homogeneidade, pois obtém-se mulita ortorrômbica a 1000 C. Com relação aos valores obtidos de E e do A para as reações de cristalização de mulita, conclui-se que a obtenção de mulita ortorrômbica a partir do material amorfo necessita de uma menor energia de ativação (em torno de 900 kJ/mol) e o modelo cinético que melhor descreve o mecanismo da reação de cristalização é o modelo geral de esták e Berggren (SB).

Este trabalho visa analisar três diferentes famílias de compósitos laminados de fita unidirecional contínua de fibra de carbono com módulo de elasticidade nominal de 241 GPa, pré-impregnada com resina epóxi modificada de cura a 180C, em ensaios dinâmico-mecânicos de flexão em três pontos, pelo uso de um analisador térmico dinâmico-mecânico (DMA). Os ensaios foram realizados em espectro de freqüências entre 0,1 Hz e 100 Hz. Ênfase foi dada na determinação da temperatura de transição vítrea Tg onset, comparando-a com os valores das Tg obtidas pelos máximos do módulo de perda e de tan d. Curvas mestras também foram construídas analiticamente para as diferentes famílias de laminados. A análise dos resultados obtidos mostra que os valores de Tg onset variaram de 186C a 202C, em função do aumento da freqüência de 0,1 Hz a 100 Hz, análise esta explicada pelo comportamento viscoelástico da resina. A comparação dos resultados mostra que a absorção de umidade do ambiente, em condicionamento higrotérmico involuntário, afetou de maneira significativa os valores de Tg onset, com reduções de cerca de 40C. Curvas mestras das amostras de laminados Zero com fibras transversais, direção dominante pelo sistema de resina, mostram para um espectro amplo de freqüências, que à medida que aumenta a temperatura de referência de 25C para 176C, a curva é deslocada para a direita e espera-se para freqüências inferiores a 100 Hz uma queda acentuada do módulo de armazenamento em flexão E'. Por outro lado, curvas mestras dos laminados mais balanceados, tais como das famílias Fuselagem e Revestimento de Asa, quase-isotrópico, mostram variação menor que 10% do módulo de armazenamento em flexão na faixa de freqüências de 100 Hz a 10-7 Hz, esta última freqüência equivalente a um período de aproximadamente 115 dias, para as temperaturas de referência de 25C e 80C.

O objetivo desta tese de mestrado é apresentar e analisar os resultados de cargas térmicas e distribuição de temperatura obtidos a partir da simulação numérica do comportamento térmico do satélite ITASAT (satélite universitário) para os casos críticos de vôo. O ITASAT será o primeiro satélite brasileiro de serviços desenvolvido por universidades. O programa está sendo coordenado pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) em conjunto com outras universidades do país, com apoio do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e financiado pela Agência Espacial Brasileira (AEB). Para cumprir esse objetivo, foi utilizada a ferramenta computacional SINDA (System Improved Numerical Differencing Analyser), um software comercial de análise térmica que possui facilidade para aplicações espaciais. Durante a órbita, o satélite sofrerá a influência de cargas térmicas externas (radiação solar, albedo e radiação terrestre), e parâmetros como o tipo de órbita e atitude tem influência direta sobre a intensidade dessas cargas. Associando as cargas térmicas externas às dissipações internas dos equipamentos que compõem o satélite, foi possível obter a distribuição de temperatura prevista para vôo. A geometria utilizada partiu de uma proposta inicial do modelo de satélite, a qual estará sujeita a alterações com o desenvolvimento do projeto. Como os equipamentos que irão compor o ITASAT ainda não foram definidos, neste trabalho o modelo foi implementado com equipamentos de características térmicas, e de potências dissipadas idênticas aos utilizados no satélite de coleta de dados SCD-1 do INPE, lançado em 1993. Este estudo é parte do projeto de controle térmico do satélite ITASAT, e garantirá que as temperaturas limites aceitáveis, máximas e mínimas, para todos os equipamentos possam ser obedecidas, fornecendo assim informações iniciais para a fase de testes que o modelo de vôo do ITASAT será submetido posteriormente. Os resultados apresentados são fisicamente coerentes para satélites em baixa órbita (LEO).

A execução de um controle rígido das características de um elastômero, tanto no aspecto qualitativo como quantitativo, é de suma importância. Deste modo, o desenvolvimento de metodologias simples e rápidas, que permitam a identificação dessas composições, torna-se atrativo para pesquisas desenvolvidas em diferentes áreas industriais. Nesta Tese de Mestrado, avalia-se a aplicabilidade de técnicas FT-IR de transmissão, reflexão atenuada (ATR), ATR-Universal (UATR), análise termogravimétrica (TG) e análise dinâmico-mecânica (DMA) na caracterização e quantificação de composições elastoméricas. São utilizados dados de propriedades mecânicas para complementação do estudo. A metodologia de pirólise gasosa PIR-G/FT-IR, desenvolvida nesta Tese, é aplicada a diferentes borrachas. Observa-se que é possível diferenciar os tipos de elastômeros, inclusive os que apresentam espectros IR similares de pirolisados líquidos. Visando o desenvolvimento de técnicas UATR e de transmissão (pirólise como preparação de amostras, sem e com controle de temperatura) para a determinação do teor de acrilonitrila (AN) no copolímero de butadieno e acrilonitrila (NBR), foram preparadas, como referência para a elaboração de curvas analíticas, amostras vulcanizadas de NBR contendo teor conhecido de AN. As curvas analíticas obtidas possibilitam a determinação de AN em NBR em amostras em que os componentes têm a mesma composição química. O acoplamento TG/FT-IR é avaliado nos aspectos qualitativo e quantitativo para alguns tipos de borrachas. Similaridades e diferenças são observadas em relação às metodologias convencionais.

O presente trabalho tem como objetivo propor uma metodologia de análise térmica pelo uso de calorimetria exploratória diferencial (DSC) com altas razões de aquecimento (razões >36 C.min 1). Para isto, é estabelecida uma metodologia de calibração pelo uso de padrões metálicos de índio, estanho, chumbo e zinco, avaliando-se a linearidade e a simetria do forno de DSC. Diferentes massas de índio, na faixa de 0,570 a 20,9mg, são submetidas a diferentes razões de aquecimento (4 a 324 C.min 1) e os valores experimentais de temperaturas de fusão e de entalpia estão em concordância com a literatura. Os eventos térmicos fusão e cristalização do polipropileno e da poliamida 66 são também estudados, tanto pela metodologia convencional como pela de altas razões de aquecimento. Os resultados experimentais mostram que a metodologia proposta pelo uso de altas razões de aquecimento permite a caracterização de eventos térmicos termodinâmicos tradicionais, como temperatura e entalpia de fusão e cristalização, com maior sensibilidade, resolução, exatidão e em menores períodos de tempo, atendendo as especificações ASTM, com a vantagem de se utilizar equipamentos de DSC já disponíveis nos laboratórios.

Propulsores de baixo empuxo possuem a proteção térmica da superfície interna da parede provida pela redução da carga térmica dos gases quentes por meio de um filme líquido de combustível injetado, paralelo e junto à parede. A carga térmica transferida para a parede pode ser determinada conhecendo o coeficiente de transferência de calor por convecção na camada limite. Ambos, o perfil de temperatura do filme de combustível e o perfil do coeficiente de transferência de calor, são difíceis de serem quantificados e possuem grandes incertezas na determinação por meio teórico ou experimental. Determinar o comportamento de ambos os perfis térmicos é muito importante para o projeto e para a escolha do melhor material a ser usado na parede do propulsor. Este trabalho apresenta a técnica do problema inverso usada na determinação dos perfis do filme de combustível e do coeficiente de transferência de calor para a parede de um propulsor de 200N de empuxo, onde através de um perfil de temperatura da superfície externa da parede do propulsor como dado de entrada, os perfis térmicos desejados podem ser determinados. Um algoritmo híbrido composto por GEO4 (Otimização Extrema Generalizada), baseado na técnica da evolução natural somado a um EE (Estratégias Evolutivas) que incluem a auto-adaptação como principal característica, será usado como um algoritmo de otimização associado a um programa de simulação térmica. Casos simulados para a condição de regime permanente e transiente serão estudados usando o Inconel 600 e o Nióbio como materiais de parede. Os resultados obtidos mostram que a técnica do problema inverso apresenta-se como uma boa ferramenta para a solução do problema proposto. Além disso, possibilita o estudo das temperaturas da parede em várias condições de transientes térmicos para simular em que condições a temperatura limite da parede é alcançada, contribuindo para a segurança nos projetos de propulsores.