Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5230.pdf: 2729499 bytes, checksum: b8f13ca3b12a082fdc1210733347e08c (MD5) Previous issue date: 2013-04-24 / Universidade Federal de Minas Gerais / The oil exploitation and production in the pre-salt layers in safe, efficient and economically viable way depend on the development of materials that bear the severe conditions found in their applications during their whole life cycle. The pipes used in the oil exploitation and production such as drilling risers are subjected to severe work conditions. The stainless steel grades, such as the supermartensitic, duplex and superduplex, present the corrosion resistance and mechanical properties suit to the application in pipes used the oil exploitation, however, these materials present low wear resistance. Recent studies performed in the Materials Engineering Department at the Federal University of São Carlos (DEMa-UFSCar) have shown that the boron addition in stainless steel grades composition promotes borides formation, which increases the wear resistance of these materials. In this context, this protect aims the study of the wear resistance of spray-formed supermartensitic stainless steel with small additions of boron in its composition. This process allows the attainment of deposits with refined and homogeneous microstructure and with uniformly distributed precipitates directly from the liquid metal. The materials produced were characterized trough the techniques of X-ray diffraction (XRD), Optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and chemical microanalysis by energy dispersive spectroscopy (EDS). The materials wear resistance was evaluated trough the dry sand against rubber wheel test (ASTM G65-04) and trough a developed test that simulate one of the wear conditions that can occur in oil drilling risers. The results showed that the boron addition in supermartensitic stainless and the boride formation act differently in the materials wear resistance depending on the type of wear mechanism observed. / A exploração e produção de petróleo em camadas do pré-sal de modo seguro, eficaz e economicamente viável dependem do desenvolvimento de materiais que suportem as condições severas encontradas em suas aplicações durante todo seu ciclo de vida. Os tubos utilizados na exploração e produção de petróleo como, por exemplo, os risers de perfuração, são submetidos a condições severas de trabalho. Os aços inoxidáveis, como o supermartensítico, o duplex e o superduplex, por exemplo, apresentam resistência à corrosão e propriedades mecânicas adequadas para a aplicação em tubos utilizados na exploração de petróleo, contudo, estes materiais apresentam baixa resistência ao desgaste. Trabalhos recentes realizados no DEMa-UFSCar tem mostrado que a adição de boro na composição dos aços inoxidáveis promove a formação de boretos que aumentam a resistência ao desgaste desses materiais. Neste contexto, este projeto visa o estudo da resistência ao desgaste do aço inoxidável supermartensítico com pequenas adições de boro processado por conformação por spray. Este processo permite a obtenção de depósitos com microestrutura homogênea, refinada e com precipitados uniformemente distribuídos, diretamente do metal líquido. Os materiais produzidos foram caracterizados através das técnicas de difração de raios-X (DRX), microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microanálise química por espectroscopia por energia dispersiva (EDS). A resistência ao desgaste dos materiais foi avaliada através do ensaio de areia seca contra roda de borracha (ASTM G65-04) e através de um ensaio desenvolvido que simula de maneira mais próxima uma condição de desgaste que pode ocorrer em risers de perfuração de petróleo. Os resultados mostraram que a adição de boro no aço inoxidável supermartensítico e a formação dos boretos atuam de modo diferente na resistência ao desgaste do material dependendo do tipo de mecanismo de desgaste observado.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5246.pdf: 9799013 bytes, checksum: 4c1e1a4d482b5bbe3c75535359168a82 (MD5) Previous issue date: 2012-10-05 / Universidade Federal de Minas Gerais / Polymeric components have been replacing traditional materials such as glass or metals in a wide range of applications due to their advantages, such as optimized specific strength (weight-to-strength ratio), reduced fabrication time and costs, and design flexibility. The increasing use of polymeric materials in engineering requires efficient and environmental friendly fabrication and processing technologies. Initially developed for metals, the Friction Stir Spot Welding (FSSW) is a joining technique with short process cycles, low energy consumption and no need of consumables. Friction Stir Spot Welding has excellent performance in welding of lightweight alloys, showing promising results in thermoplastic welding. This study investigates the relationships between friction stir spot welding parameters (tool rotational speed, plunge rate and dwell time) and weld properties (joint geometry, process temperature, microstructure, lap shear resistance and failure mechanisms) in polymethylmethacrylate (also known as PMMA) single-spot joints. PMMA friction stir spot welds showed similar mechanical performance in comparison to other current welding techniques, with equal or shorter welding cycle times. Differential scanning calorimetry and gel permeation chromatography analysis demonstrated that polymer degradation level in the weld region was negligible. The statistical models proposed for FSSW of PMMA showed good repeatability and reproducibility for the investigated material and welding ranges. Moreover, the feasibility of the Friction Spot Welding (FSpW) a new joining technology developed as a further improvement of the friction stir spot welding was successfully demonstrated in thermoplastic polymers for the first time worldwide. Sound FSpW-single lap joints on PMMA were produced and their properties studied within an exploratory study. / A busca por eficiência econômica e tecnologias ecologicamente corretas tem sido observada em praticamente todos os setores da produção industrial, desde o desenvolvimento de materiais, design de produtos e inclusive na área da soldagem. A soldagem ponto por fricção e mistura mecânica, FSSW (do inglês Friction Stir Spot Welding) e a Friction Spot Welding FSpW são técnicas de soldagem recentes e que têm sido amplamente empregadas na união de ligas metálicas leves, em que as soldas geralmente apresentam excelentes propriedades mecânicas. Além disso, ciclos de soldagem curtos, baixo consumo de energia e ausência de necessidade de adição de material ou elementos de soldagem são características positivas encontradas nesses novos processos. Na área de materiais poliméricos, entretanto, este é um novo e promissor assunto. Neste trabalho buscou-se investigar a relação entre os parâmetros do processo de soldagem por FSSW (velocidade de rotação da ferramenta, taxa de penetração e tempo de recalque) e as propriedades das juntas (geometria da solda, máxima temperatura processual, área afetada termicamente, resistência mecânica ao cisalhamento sob tensão e mecanismos de fratura) em placas de poli (metacrilato de metila). Foi possível observar a formação de juntas com resistência mecânica ao cisalhamento semelhante a outros processos atualmente utilizados na indústria, com tempos de ciclo de soldagem iguais ou inferiores a esses processos. As análises via calorimetria diferencial exploratória (DSC) e cromatografia por permeação em gel (GPC) demonstraram que os níveis de degradação termomecânica encontrados nas amostras foram insignificantes. A modelagem estatística do processo demonstrou a boa repetibilidade e reprodutibilidade dentro das condições estudadas. Nesse trabalho, também foi investigado através de um estudo exploratório, pela primeira vez, a viabilidade da nova técnica FSpW na soldagem de termoplásticos, demonstrando, com sucesso, a capacidade de obtenção de juntas de boa qualidade em PMMA.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5392.pdf: 1719267 bytes, checksum: 2860c65e1e99156c46208254a6b696be (MD5) Previous issue date: 2012-09-14 / Financiadora de Estudos e Projetos / A condutividade iônica em sólidos é conhecida desde o século 19, porém os mecanismos de transporte dos portadores de cargas em sólidos amorfos ainda não são completamente compreendidos. O controle desta propriedade torna-se especialmente importante para o desenvolvimento de FICs, do inglês fast ionic conductors, que podem ser aplicados na estocagem de energia por métodos eletroquímicos ou em membranas seletivas. Através da dissolução de sais halogenados em uma matriz vítrea, observamos aumentos de até cinco ordens de grandeza na condutividade iônica de alguns vidros. Para investigar essas grandes variações de condutividade iônica, propomos um modelo termodinâmico baseado na teoria do eletrólito fraco . Esta teoria, que propõe que o vidro é uma solução onde o modificador (soluto) está fracamente dissociado na matriz vítrea (solvente), foi proposta na década de 70 para explicar o aumento não linear da condutividade iônica de vidros com a concentração de modificadores de rede (óxidos alcalinos). Foram sintetizados vidros da família x AgI (1-x) AgPO3 (onde x é a fração molar de AgI). A caracterização mostrou resultados interessantes principalmente na difração de raios X, com a detecção de um segundo halo amorfo para composições ricas em AgI. Além destas, foram realizadas medidas de espectroscopia de impedância, em ampla faixa de temperatura, para determinar a condutância das amostras sintetizadas. Para verificar a validade do modelo termodinâmico proposto, propomos um experimento baseado em pilhas eletroquímicas, em que se relaciona a força eletromotriz dessas pilhas com a atividade química de AgI no vidro. Foram testados dois métodos para se medir a atividade de AgI: o primeiro utiliza um par de células eletroquímicas composto de uma pilha de referência utilizando o composto AgI, cujas propriedades termodinâmicas são tabeladas e a segunda pilha utilizando o vidro x AgI (1-x) AgPO3 . Um segundo método proposto para a medida de atividade química de AgI utilizou uma pilha de concentração.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5393.pdf: 2722216 bytes, checksum: d2788bd2b07b206ff294cb0aafe73764 (MD5) Previous issue date: 2009-02-20 / Presently, a sustainable development is considered fundamental for the success and competitivity company s. Believing in such, the major Brazilian aluminum manufactures have invested, over the last two years, more than U$S 50 millions on programs focused at sustainability. With this in mind, the aluminum industry is not saving efforts to find applications ecologically and economically feasible for its main waste. Thus, the target of the present research work was to investigate the possibility of adding red mud (in natura and calcinated) and bottom ash, solid wastes resulting from the aluminum production on Portland cement, as pozzolanic additive to the cement. Additionally, was evaluated the use of red mud on the raw meal for the production of Portland cement clinker. In order to study the pozzolanic properties (according to NBR 5752/92 e NBR 5751/92) from these wastes, tests on determination of the pozzolanic activity were carried out and one further step were prepared Portland cement samples with 6%, 14%, 30% and 50% of residue. Besides that, clinkers Portland cement were produced with 5.9 and 12% by sintering the raw meals at 1450oC. The results of the pozzolanic activity and physical and mechanical essays (setting time, expansibility and compressive strength) showed the addition of up to 46% of bottom ash did not affect negatively the quality of the produced cement. However, the red mud couldn t be considered a pozzolanic material because it has presented pozzolanic activity below the demanded limits from the Brazilian Cement Standards. The clinkers produced with red mud presented chemical and mineralogical characteristics similar to the clinker from a cement plant industry. In addition, the mortar (clinker from red mud + gypsum) presented a good compressive strength after 7 and 28 days of curing. / Atualmente, o desenvolvimento sustentável é considerado fundamental para a competitividade e o sucesso do negócio de qualquer empresa. Acreditando nisso, as maiores empresas brasileiras produtoras de alumínio investiram, nos últimos 2 anos, mais de U$S 50 milhões em programas focados em sustentabilidade. Nesse contexto, a indústria do alumínio não está poupando esforços para encontrar aplicações economicamente e ambientalmente viáveis para os seus principais resíduos sólidos. Assim, o objetivo desse projeto de dissertação foi investigar a possibilidade de adicionar cinza pesada e resíduo de bauxita (in natura e calcinado), resíduos sólidos gerados durante o processo de produção do alumínio, em formulações de cimento Portland como aditivo pozolânico. Adicionalmente, avaliou-se o uso do resíduo de bauxita como matériaprima para o clinquer Portland. Para estudar as propriedades pozolânicas desses resíduos, os mesmos foram submetidos aos testes de atividade pozolânica com cimento e com cal, segundo as normas NBR 5752/92 e NBR 5751/92 respectivamente e numa etapa posterior, preparam-se cimentos CP II-Z e o CP IV (25 e 32 MPa) com 6%, 14%, 30% e 50% de resíduo. Já para a preparação do clinquer com resíduo de bauxita, adicionaram-se 5,9 e 12,0% desse co-produto na formulação da farinha e em seguida essa mistura foi sinterizada em temperatura de 1450oC. Os resultados de atividade pozolânica e dos ensaios físicosmecânicos (tempo de pega, expansibilidade e resistência á compressão) mostraram que ao adicionar até 46,0% de cinza, a qualidade dos cimentos Portland produzidos não foi afetada negativamente. Entretanto, o resíduo de bauxita não foi considerado um material pozolânico, pois apresentou atividade pozolânica (cal e cimento) abaixo das exigências das normas brasileiras. Os clinqueres produzidos com de resíduo de bauxita obtiveram características mineralógicas semelhantes aos clinqueres industriais. Adicionalmente, a argamassa (clinquer de RB + gesso) apresentou boa resistência mecânica aos 7 e 28 dias de cura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5509.pdf: 2754794 bytes, checksum: fc5db3e7d2ba3220daab747c0c4a3f4f (MD5) Previous issue date: 2013-08-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / Hydrogen is considered a clean and versatile energy vector that can be used for many applications, having water as the major product of combustion, it a great potential to be an alternative to fossil fuels. However, the challenge for the establishment of hydrogen technology to be used widely and safely is hydrogen storage. In this work, it was studied the preparation of composites and nanocomposites using the polyaniline (Pani) as polymer matrix in order to obtain a new material for hydrogen storage. In situ Pani/Titanium dioxide (TiO2) nanocomposites with 10 or 30 wt% of TiO2 were prepared using two dopants: hydrochloric acid and docecylbenzenesulfonic acid (DBSA). Both polyaniline and TiO2 were synthesized. Pani/sodium alanate (NaAlH4) composites with 30 or 50wt% of NaAlH4 were prepared from dispersions in toluene. These composites were also doped with 2 mole% of TiO2 in order to decrease the sorption temperature of hydrogen. Two drying processes were studied: Spray Drying process and filtration followed by drying in a vacuum oven. Morphological characterization of the composites and nanocomposites showed a good dispersion of the filler in the polymeric matrix, in addition, microspheres of NaAlH4 encapsulated by Pani were obtained using the spray dryer process. Hydrogen sorption analyses were carried out for pure Pani-DBSA and for the composites with 50wt% of sodium alanate and 2 mole% of TiO2 obtained for the two different drying processes. From these analyses, the composites showed sorption of 0.60% H2, higher than that obtained for the pure polymer (0.42%). These results show evidence that the proposed composites may be used for hydrogen storage. / O hidrogênio é considerado um vetor energético limpo e versátil, que pode ser uma alternativa aos combustíveis fósseis. Entretanto, um dos principais obstáculos para a tecnologia do hidrogênio ser utilizada em larga escala e de maneira segura consiste no armazenamento do hidrogênio. Neste trabalho foi estudada a preparação de nanocompósitos e compósitos utilizando a polianilina como matriz polimérica, com o objetivo de obter um material com propriedades satisfatórias para armazenamento de hidrogênio. Foram preparados nanocompósitos in situ de polianilina (Pani) e dióxido de titânio (TiO2), utilizando dois dopantes: ácido clorídrico e ácido dodecil benzeno sulfônico. As concentrações de TiO2 utilizadas foram de 10 e 30% em massa. Posteriormente, foram preparados compósitos constituídos de Pani e alanato de sódio (NaAlH4) a partir de dispersões em tolueno, com concentração de 30 e 50% em massa de alanato que também foram dopados com 2% mol de TiO2. As dispersões foram submetidas a dois diferentes processos de secagem de solvente (Spray Drying e Filtragem seguida de secagem do solvente em estufa à vácuo). A caracterização morfológica dos compósitos e nanocompósitos mostrou uma dispersão uniforme da carga na matriz polimérica, além disso, o processo de Spray Drying possibilitou a obtenção de microesferas de Pani envolvendo o NaAlH4. As análises de sorção de H2 foram realizadas para a polianilina pura, para o compósitos Pani/ADBS (50/50) + TiO2 obtido via Spray Drying e Pani/ADBS (50/50) + TiO2 obtido por filtragem e secagem em estufa.. Por esta análise, foi possível observar que sob pressão de 32 bar e temperatura de 120°C, os compósitos apresentaram uma sorção média de 0,60% de H2, valor superior ao obtido para o polímero puro (0,42%). Esses resultados mostram indícios de que os compósitos propostos poderão ser utilizados como armazenadores de hidrogênio.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5570.pdf: 6467937 bytes, checksum: 7dffc79e4f24854919120a91ef3e53ba (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Universidade Federal de Sao Carlos / Refractory insulating is used to reduce thermal losses in industrial processes by decreasing the energy transfer rate between regions with distinct temperatures, therefore, increasing the energy efficiency of various industrial processes. Such efficiency optimization trend is not a recent phenomenon, instead, it has been intensified with the constant rise of the energy costs. The thermal insulation capacity of processes operating at high temperatures presents a direct correlation with energy costs, which can be reduced if the insulating performance is enhanced. The present work evaluated the refractory insulating microstructure effect on the material s thermal insulation capacity by indentifying their most suitable microstructural features. Moreover, the work aimed to select and analyze processing routes that could result the required microstructures by pointing out the main variables of ceramic foams generated by aqueous suspensions. Such foams must remain stable during the curing step, inhibiting the bubble coarsening. The liquid foams stability was studied in depth and theoretical models that aim to predict the geometrical and stability/foamability restrictions of the three-phase system (gas-liquid-particles) were generated. The thermal stability of porous microstructures was also analyzed, as they must also remain stable at high temperatures, without any significative porosity reduction and dimensional change of the body. In order to avoid these drawbacks, some routes to control the pore densification rate as a function of their sizes and of the grain boundaries chemical composition were evaluated. At last, this work led to a detailed and advanced knowledge of ceramic foams technology and suggested innovative ways to enhance the thermal insulation efficiency of such materials. / Isolantes refratarios sao utilizados com o objetivo de reduzir as perdas termicas em processos industriais, por meio da diminuicao da taxa de transferencia de energia entre regioes de um sistema cujas temperaturas sao distintas, aumentando assim a eficiencia energetica de diversos processos industriais. Esta tendencia de otimizar o uso da energia nao e um fenomeno recente, mas vem se intensificando a medida que os custos de sua utilizacao tem aumentado. A capacidade de isolamento termico de processos que operam em elevadas temperaturas tem influencia direta sobre os gastos energeticos, os quais podem ser reduzidos caso o desempenho dos isolantes seja aprimorado. O presente trabalho procurou avaliar a influencia da microestrutura de isolantes refratarios na capacidade de isolamento termico, identificando quais sao aquelas mais adequadas. Alem disso, buscou-se avaliar e identificar rotas de processamento que possam produzir as microestruturas desejadas por meio do estudo das principais variaveis na fabricacao de espumas obtidas a partir de suspensoes aquosas ceramicas. Alem da porosidade desejada, tais estruturas devem permanecer estaveis durante a etapa de cura, sem permitir a ocorrencia de crescimento de bolhas. A estabilidade dessas espumas liquidas foi estudada em profundidade e modelos teoricos que buscam predizer as restricoes geometricas e de estabilidade/espumabilidade deste sistema trifasico (gas-liquido-particulas) foram gerados. A estabilidade termica de microestruturas porosas tambem foi pesquisada, pois estas devem operar continuamente em temperaturas elevadas sem que haja reducao significativa da porosidade. Para evitar este fenomeno foram avaliadas rotas para controlar a taxa de eliminacao dos poros em funcao do tamanho destes e da composicao quimica dos contornos de grao da microestrutura. A partir deste trabalho e possivel oferecer um conhecimento mais detalhado e aprofundado da tecnologia de producao de espumas ceramicas e propor formas inovadoras de aumentar a eficiencia de isolamento termico destes materiais.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5607.pdf: 1914887 bytes, checksum: 40d6414430b175bd5f0b68a884629e6e (MD5) Previous issue date: 2013-09-12 / Universidade Federal de Sao Carlos / One of the major motivations for the development of new synthesis routes is a continuing need for fast and energy-efficient methods that allow obtaining materials with differentiated technological characteristics and properties. The use of microwaves in materials synthesis has generated great interest in the scientific research due to its speed, simplicity and energy-efficiency. Among different synthesis methods which can be assisted by microwave energy, the carbothermal reduction is the most simple and effective method in ceramic materials production. The conventional carbothermal reduction is used to obtain zirconium carbide (ZrC). In this context, the purpose of this work was to study the synthesis by microwave-assisted carbothermal reduction of ZrC using a mixture of zirconia (ZrO2) and carbon black (C). The synthesis parameters evaluated in this work were: stoichiometry, ZrO2/C-forming process, microwave power, reaction time and pressure of inert gas (argon). Characterization by X-ray diffraction (XRD) analysis of the samples synthesized by this method showed that the formation of ZrC phase was enhanced by controlling the following parameters: microwave power and reaction time increases, conservation of theoretical stoichiometry ZrO2/C:1/3, less compression of the pelleted mixture before the reaction and moderate pressure of argon. The samples with the highest ZrC content were characterized by specific surface area (BET) and scanning electron microscopy (SEM). These characterizations revealed that microwave-assisted carbothermal reduction synthesis produced ZrC samples with average particle size of ~100-200nm, near the nanometer range, homogeneous morphology and reaction time of 30 minutes. / Uma das maiores motivações para o desenvolvimento de novas rotas de síntese é a necessidade contínua de métodos rápidos e eficientes em termos energéticos, que permitam a obtenção de materiais com características e propriedades diferenciadas em nível tecnológico. O uso de micro-ondas na síntese de materiais tem gerado um grande interesse na pesquisa cientifica devido a sua rapidez, simplicidade e eficiência energética. Entre os diversos métodos de síntese que podem ser auxiliados pela energia de micro-ondas, a redução carbotérmica é um dos mais simples e eficazes na produção de diversos tipos de pós cerâmicos. A redução carbotérmica convencional é usada na obtenção de diversos tipos de carbetos incluindo o de zircônio (ZrC), um material altamente refratário, potencialmente útil em aplicações de alta temperatura que exibe estabilidade em estado sólido e boas propriedades termomecânicas e termoquímicas. Neste contexto, esta dissertação visa estudar a síntese por redução carbotérmica assistida por micro-ondas para a obtenção de pós cerâmicos de ZrC a partir da mistura de pós de zircônia (ZrO2) e negro de fumo (C). Os parâmetros de síntese avaliados nesta pesquisa foram a estequiometria dos reagentes, o método de conformação da mistura ZrO2/C, a potência do micro-ondas, o tempo de reação e a pressão de argônio. As caracterizações mediante a difração de raios X (DRX) das amostras sintetizadas por este método revelaram que a formação da fase ZrC foi favorecida pelo controle dos seguintes parâmetros: aumento da potência e tempo de reação, conservação da estequiometria teórica ZrO2/C:1/3, menor compactação da mistura peletizada antes da reação, e pressão moderada de argônio. As amostras de ZrC, com menor presença de fase secundaria, foram caracterizadas pela determinação de área específica superficial (BET) e por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados revelaram que, mediante a síntese por redução carbotérmica assistida por micro-ondas, foi possível obter pós cerâmicos de ZrC com tamanho médio de partículas entre ~100-200nm, morfologia homogênea e em tempos de reação de apenas 30 minutos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5641.pdf: 2776779 bytes, checksum: 0687c034eb34b8332566e5b8b2ea0517 (MD5) Previous issue date: 2013-12-10 / Geomembranes are polymeric sheets widely used in vinasse ponds to prevent contamination of soil. Long-term durability is expected, since failure can result in environmental impact. Smooth black commercial geomembranes and injected molded plaques manufactured using different polyethylene resins were exposed to hot and fresh vinasse at an ethanol plant. Mechanical, thermal and structural changes were evaluated along 245 days of exposure to the effluent. Results showed that geomembranes are in the first step of degradation process, when it is observed depletion of antioxidants with no modification of mechanical properties. First stage of service life in hot and fresh vinasse was estimated in 4,3 years for the geomembrane 1 mm thick and 5 years for geomembrane of 2 mm. For the injected molded plaques, service life was estimated in 4,4 up to 6 years for the resins compounded with 2,5% of carbon black. The longer durability was observed for the bimodal metallocene/octene-1 comonomer from Dow Solution polymerization process. Incipient degradation was observed after 153 days, which occurred preferentially in the lower molecular weight by branching. The proposed methodology, based on injected molded plaques and their exposure in the field conditions, was validated to assess the stage of antioxidants depletion of service life of different polyethylene resins. / Geomembranas são mantas poliméricas com importante aplicação no revestimento de lagoas de vinhaça, e que exigem durabilidade de longo prazo. Geomembranas comerciais pretas, lisas e fabricadas pelo processo de extrusão, bem como placas moldadas por injeção, preparadas com diferentes resinas de polietileno, foram expostas à vinhaça quente e fresca em usina de etanol durante 245 dias. Ao longo do processo de exposição ao efluente foram monitoradas propriedades mecânicas, térmicas e estruturais. Considerando-se o modelo teórico que prevê que a vida útil desses materiais compreende três estágios, os resultados mostraram que as geomembranas estão na primeira fase de sua vida útil, período durante o qual ocorre o esgotamento dos antioxidantes, sem modificação das propriedades mecânicas. Essa primeira fase da vida útil da geomembrana de 1 mm de espessura foi estimada em 4,3 anos, enquanto que para a geomembrana de 2 mm foi avaliada em 5 anos. Para as placas moldadas por injeção com diferentes resinas de polietileno e que continham 2,5% de negro de fumo, a primeira etapa da vida útil foi avaliada em 4,4 até 6 anos. Entre as resinas de polietileno avaliadas, observou-se maior durabilidade para a resina bimodal polimerizada em processo de Solução da Dow, que utiliza catalizador metalocênico e comonômero octeno-1. Após 153 dias de exposição à vinhaça quente e fresca observou-se princípio de degradação termo-oxidativa preferencialmente por ramificação nas frações de baixa massa molar. A metodologia proposta, com base no uso de placas moldadas por injeção e a exposição nas condições de campo, foi validada para a estimativa do estágio I da vida útil de geomembranas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5913.pdf: 32719681 bytes, checksum: e0f7ffe5dcde1da6704dce9f4d62a8a7 (MD5) Previous issue date: 2014-07-01 / Financiadora de Estudos e Projetos / Hybrid filler reinforced thermoplastics composed with short glass fiber (GF) and different particulate fillers present special interest for engineering applications, as substantial reductions in mechanical anisotropy and molding warpage are expected from these systems as compared to the same characteristics inherent to binary composites with GF only. These improvements are achieved by the partial substitution of GF by particulate fillers and are attained at the cost of minor reductions in rigidity, strength and toughness properties of these ternary composites. However, when nanoscale fillers such as nanoclay (NC) are incorporated in GF-reinforced thermoplastics, the mechanical strength properties of these systems are severely affected, even at very low NC content. Thus in this work, using model GF-reinforced polypropylene (PP) composites with varying total and relative concentrations of GF and organophylic montmorillonite clay (O-MMT) along with maleated PP as compatibilizer were twin-screw extrusion compounded with three different mixing protocols, in order to identify the factors leading to the observed loss in mechanical strength properties. Using tensile, flexural, izod impact and dynamic-mechanical (DMTA) characterization tests and electron microscopy (SEM and TEM) elucidation of the fiber-matrix interface/interphase microstructure, it is concluded that the physical presence of NC particles at the interface contributes towards the reduction of interfacial interactions. As a consequence of low interfacial adhesion between the nanoclay and polymeric matrix, debonding of the particles and the PP during mechanical testing occurs, leading to crack growth that anticipates ternary hybrid composites failure in stress levels lesser compared with that of binary composites. These hypotheses were corroborated by SEM and TEM analyses. / Compósitos de termoplásticos com reforços híbridos de fibra de vidro (FV) curta e diversas cargas particuladas, tais como carbonato de cálcio, talco e esferas de vidro, apresentam características interessantes para aplicações de engenharia, já que se espera a redução substancial de problemas inerentes aos compósitos binários reforçados apenas com fibras, como são a anisotropia mecânica e o empenamento de peças moldadas por injeção. Tais aprimoramentos são alcançados mediante a substituição parcial da FV por carga particulada, porém, com leve decréscimo nas propriedades de resistência e tenacidade mecânica destes compósitos híbridos ternários. No entanto, quando reforços nanométricos, tais como nanoargilas, são incorporados em termoplásticos reforçados com FV, o efeito deletério nas propriedades de resistência e tenacidade é ainda mais crítico, inclusive em baixos teores do nanoreforço. Portanto, com o objetivo de identificar os fatores que levam à verificada queda de propriedades mecânicas, foram utilizados três protocolos diferentes de mistura para a preparação de compósitos híbridos ternários de polipropileno (iPP) reforçado com FV e nanoargila do tipo montmorilonita organofilizada (O-MMT), compatibilizados com PP funcionalizado com anidrido maleico, e variando a concentração total e relativa dos reforços. Para alcançar o objetivo traçado, foram usados ensaios de caracterização mecânica de curta duração (tração, flexão e impacto), termo-mecânica (HDT e DMTA) e elucidação microestrutural (MEV, MET). Concluiu-se que a presença física das partículas de O-MMT na proximidade da superfície das fibras tem efeito deletério na transferência de tensão cisalhante na interface fibra-polímero. Devido à relativamente baixa adesão interfacial existente entre a matriz e as partículas de nanoargila, durante a solicitação mecânica ocorre desacoplamento das partículas, dando lugar ao crescimento de trincas que antecipam a falha do compósito ternário em níveis de tensões menores que as sustentadas pelo compósito binário só com FV.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6079.pdf: 10588978 bytes, checksum: f04e9f13c5498ac9c0df5fdfbca92f1b (MD5) Previous issue date: 2013-03-28 / Universidade Federal de Minas Gerais / In this work, hybrid electrical conductive nanocomposites structures with potential to be applied in conductive and electrostatic dissipative devices were obtained. Such structures were produced by combining two types of nanofiller in a matrix of thermosetting epoxy resin of diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA). The nanofiller were polymeric nanofibers and conductive nanofillers: multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and metallic copper nanowires (CuNWs). Three different arrangements for obtaining the structures were employed and compared. The starting materials, the electrospun nanofibers and composite structures were characterized morphologically by scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy, structurally by X-ray diffraction (XRD) and infrared spectroscopy (FTIR), thermally by differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA), mechanically by mechanical tests of short duration (tensile strength and impact) and electrically by four point probe. The results showed that the production of the structures were successfully done by two routes. In the first route, the fibrous, consisting of layers of polyamide 6 (PA6) nanofibers, were sanduiched with epoxy resin loaded with MWCNT. Such structures exhibit electrical conductivities between 105-1012 (Ωcm) and, therefore, can be used as conductive and electrostatic dissipative devices. In a second route, by the electrospinning technique, nanofibers with embedded CuNWs or MWCNTs were produced. The results show that the nanofiber produced were nonconductive and therefore unsuitable for conduction or dissipation. Then, in a third route, nanofibers mats of PA6/polyaniline (PAni) blend and PA6/MWCNT nanocomposites were subjected to a treatment to promote surface adsorption of MWCNT resulting in conductive nanofibers mats. Such mats have been used for the production of structures. The structures exhibit conductivities in the range of 107 (Ωcm) and better combinations of elasticity modulus and impact resistance. / Neste trabalho, estruturas de nanocompósitos híbridos condutores elétricos com potencial de serem aplicadas em dispositivos condutores e eletrostaticamente dissipativos, foram obtidas. Tais estruturas foram produzidas pela combinação de dois tipos de nanocargas em uma matriz termofixa da resina epóxi diglicidil éter do bisfenol A (DGEBA). As nanocargas foram: nanofibras poliméricas e nanocargas condutoras: nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) e nanofibras metálicas de cobre (CuNWs). Três arranjos diferentes para a obtenção das estruturas foram empregados e comparados. Os materiais iniciais, mantas eletrofiadas e estruturas compósitas finais foram caracterizados morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), estruturalmente por difração de raios X (DRX) e espectroscopia no infravermelho (FTIR), termicamente por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e análise termogravimétrica (TGA), mecanicamente por ensaios mecânicos de curta duração (tração e impacto) e eletricamente por quatro pontas. Os resultados mostraram que a produção das estruturas foi feita com sucesso por dois dos arranjos empregados. No primeiro arranjo, os reforços fibrosos, constituídos por mantas de poliamida 6 (PA6), foram incorporados de forma alternada com a resina epoxídica carregada com os MWCNT. Tais estruturas exibiram condutividades elétricas entre 105 a 1012 (Ωcm), domonstrando potencial para aplicação em dispositivos condutores e eletrostaticamente dissipativos. Em uma segunda rota, pela técnica de eletrofiação, foram produzidas nanofibras de nanocompósitos constituídas de uma matriz polimérica nanofibrilar na qual foram embutidos MWCNTs ou CuNWs. Os resultados mostraram que as mantas de nanofibras produzidas não eram condutoras e, portanto, inadequadas para a condução ou dissipação de energia. Então, em uma terceira rota, mantas de nanofibras da blenda PA6/Polianilina (PAni) e de nanocompósitos PA6/MWCNT foram submetidas a um tratamento de adsorção superficial de MWCNT resultando em mantas de nanofibras condutoras. Tais mantas foram utilizadas para a produção das estruturas. O resultado foi a obtenção de estruturas com condutividades na faixa de 107(Ωcm) e, paralelamente, com maiores combinações de módulos de elasticidade e de resistência ao impacto.