o comportamento, frente ao envelhecimento físico, do sistema diglicidil éter do bisfenol-A (DGEBA) curado com diaminodifenilmetano (DOM) foi estudado em função da estrutura química, induzida pela cura, e do tempo de envelhecimento. Sistemas estequiométricos foram submetidos a Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA). A cura isotérmica da resina epóxi foi realizada em uma etapa a 115°C e 135°C, por 20, 30, 45, 60 e 90 mino As amostras foram envelhecidas a 100°C por períodos de 4 até 72h. A extensão do envelhecimento físico foi associado com a área do pico endotérmico que aparece na região da transição vítrea, de acordo com os termogramas de DSC. Foi observado que a entalpia de relaxação aumenta gradualmente com o tempo de envelhecimento. Por DMT A, observou-se variações na magnitude do fator de perda (tan õ), no pico máximo, em função do grau de cura e do tempo de envelhecimento. O módulo dinâmico de armazenamento a 100°C (E'1CX)) deslocou-se para valores maiores assim como a Tg, medida através do pico a da curva log E", com o aumento do tempo de envelhecimento. A velocidade de envelhecimento e as energias de ativação da transição α foram obtidas a partir de parâmetros dinâmico-mecânicos e após associados com as diferentes histórias de cura e envelhecimento do material. De modo geral, a velocidade de envelhecimento (Ra) decresce com o aumento do grau de reticulação para sistemas curados a 115°C e passa por um mínimo para as amostras curadas a 135°C. As energias de ativação mostram uma tendência crescente com o tempo de envelhecimento. Concluiu-se que a técnica de DMTA é muito sensível às mudanças estruturais devido à cura e ao envelhecimento físico realizados nos sistemas investigados. Os resultados dinâmico-mecânicos obtidos para as misturas curadas segundo diferentes histórias térmicas salientam a importância da seleção adequada das condições de cura para que se possam obter as melhores propriedades destes materiais. / Physical aging behavior of diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) cured with diaminodiphenylmethane (DDM) have been investigated as a function of chemical structure, induced by cure, and aging time. Stoichiometric systems have been submitted to Differencial Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA) measurements. The isothermal curing of the epoxy resin was carried out in one step at 115°C and at 135°C for 20, 30, 45, 60 and 90 mino Samples were aged at 100°C for periods of time from 4 to a maximum of 72 h. The extent of physical aging has been measured by the area of the endothermic peak which appears within the glass transition region according to DSC thermograms. The enthalpy relaxation was found to increase gradually with aging time. Variations on magnitude of the loss factor (tan õ), on the maximum peak, have been observed as a function of degree of cure and aging time. The dynamic storage modulus at 100°C ( E' 100) changed with increasing physical aging to higher values as well as the glass transition temperature (Tg) as measured by the a peak on log E" curves. Aging rates and α transition activation energies were obtained through DMT A parameters analysis and then associated with different curing and aging histories of the material. Generally, the aging rate (Ra) decreases with increasing crosslinking degree for the systems cured at 115°C and passes through a minimum for those cured at 135°C. The activation energies demonstrate a tendecy to increase with aging time. It was concluded that the DMTA technique is very sensitive to structural changes in the investigated epoxy systems due to curing and physical aging . The DMTA results obtained from mixtures cured with different thermal histories underline the importance of adequate selection of curing conditions in order to obtain the optimum properties for these materiais.

Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Coorientador: Tessie Gouvea da Cruz / Banca: Andressa Cecília Milanese / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Carlos Yujiro Shigue / Banca: José Daniel Diniz Melo / Resumo: Devido às suas elevadas propriedades mecânicas específicas, os materiais compósitos estão enfrentando demandas novas, onde a capacidade de produção em massa a um custo mais acessível se tornou indispensável. O processo de Moldagem por Transferência de Resina ou RTM (Resin Transfer Molding) constitui um promissor processo de fabricação de materiais compósitos. Na produção de compósitos estruturais de alto desempenho, considerando os critérios aeronáuticos, a reprodutibilidade e o baixo custo, a indústria tem mostrado grande interesse no processo RTM. Neste trabalho de tese, foi realizado um estudo experimental para a fabricação de compósitos com propriedades adequadas às aplicações tecnológicas, tendo como principal objetivo a otimização dos parâmetros de processamento: tempo de degasagem da resina, temperatura de injeção e temperatura de cura, além de avaliar a influência desses parâmetros no volume de vazios gerados em compósitos carbono/epóxi. O mérito da pesquisa está no uso do planejamento de experimentos em apoio à otimização do processamento de compósitos, com a utilização da metodologia de Taguchi e da Superfície de Respostas, para o controle e a minimização da formação de vazios, contribuindo dessa maneira, na concepção e caracterização de compósitos laminados poliméricos para aplicações aeronáuticas. As frações volumétricas de vazios foram determinadas por três diferentes métodos: método de Arquimedes (ASTM C830), digestão ácida da matriz (ASTM D3171) e porosimetria de mercúrio. Dentre os três métodos estudados para a determinação de vazios, o de digestão ácida mostrou-se mais adequado para quantificação de vazios em compósitos carbono/epóxi, uma vez que considera os poros abertos e em contato com a superfície do laminado, além dos poros fechados. A partir dos ...( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Due to their high specific mechanical properties, composite materials are facing new demands, in which the capacity of mass production at a more affordable cost became important. The Resin Transfer Molding process or RTM is a promising process for manufacturing composite materials. In the production of high performance structural composites, taking into account the aeronautical criteria, the reproducibility and the low cost, industries have shown great interest in RTM process. In this thesis, an experimental study for the manufacturing of composites with properties suitable for technological applications was performed with the main objective of optimizing the processing parameters: time of resin degassing, injection temperature and curing temperature, as well as the evaluation of the influence of these parameters on the volume of voids generated in carbon/epoxy composites. The merit of the research is the use of the design of experiments to support the optimization of composites processing, using Taguchi's Methodology and Response Surface Methodology, in order to control and to minimize the formation of voids, thus contributing in the design and characterization of polymeric laminate composites for aircraft applications. The volumetric fractions of voids were determined by three different methods: the Archimedes' method (ASTM C830), acid digestion of the matrix (ASTM D3171) and mercury porosimetry method. Among the three methods considered for the determination of voids, the acid digestion one was the most suitable for the quantification of voids in carbon/epoxy composites, since it considers the open pores and the ones in contact with the surface of the laminate, in addition to the closed pores. From the results of the volumetric fractions of voids obtained by the acid digestion method, taking into account the optimization parameters levels for the RTM ... (Complete abstract click eletronic access below) / Doutor

Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Coorientador: Mauricio Vicente Donadon / Banca: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Banca: Antonio Carlos Ancelotti Júnior / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Sérgio Roberto Montoro / Resumo: Os materiais compósitos em fibra de carbono são largamente empregados no setor de transporte aéreo e vem crescendo em outros setores. Esses materiais, porém ainda apresentam susceptibilidade à delaminação, devido à baixa resistência a carregamentos fora do plano, tornando-se força motriz para a redução da vida em fadiga de compósitos laminados. Devido à importância desse tipo de dano, esta pesquisa visa entender os mecanismos que geram delaminações em compósitos tramados (biaxiais), utilizando-se o conceito energético de Griffith da mecânica da fratura linear elástica, como parâmetro de controle da delaminação. Portanto, o objetivo deste trabalho é entender a interação dos modos de propagação I e II, bem como as frações de cada modo na delaminação em fadiga axial tração-tração (denominado modo misto), em corpos de prova planos. Para isso, foram estudados os modos puros I (DCB) e II (ENF) de propagação de trinca nos compósitos processados, além de se comparar a região que delimita a propagação estável com o modo misto, o qual exigiu estudos de uma geometria apropriada para a obtenção de delaminação bem definida. Para a decomposição dos modos que agem na fadiga axial, foram aplicados critérios de falha nos dados experimentais. O ensaio de fadiga, para todos os modos de propagação, foi conduzido à razão de carga de 0,1, frequência de 5 Hz e os dados de taxa de propagação versus energia de deformação foram ajustados por uma lei empírica, previamente estudada e comparada com os mecanismos de delaminação por análise fractográfica. Os resultados mostraram que a força motriz para delaminação possui maior influência da tenacidade à fratura (GIc) e do carregamento máximo (Gmax), os quais foram adaptados na lei de Paris para delaminação estável. Para o modo misto, constatou-se que a geometri ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Carbon fiber composite materials are currently widely employed in air transportation as structural components in Boeing 787 Dreamliner, which has around 80% (v/v) in composite. However these materials are susceptible to delamination due to low strength in through-the-thickness direction which is the driving force to reduce the fatigue life. Considering the importance of delamination, the aim of this research is to have a clear understanding of this type of damage in woven composites by using the Griffith energy approach of the linear elastic fracture mechanics as a delamination parameter. The aim of this work was to achieve insight into the interaction process of crack propagation modes I and II, and mainly to determine the mode fractions in the delamination process of tension-tension axial fatigue tests. For the mode decomposition process from axial fatigue tests, it was employed two failure criteria. In order to obtain it, the crack growth rate associated with pure modes I and II delamination were compared with the behavior of a specimen subjected to in-plane tension-tension cyclic loading that exhibits a mixed delamination mode for which needed an appropriate specimen geometry to generate a sharp delamination front. Fatigue test in all modes of propagation were conducted with a loading ratio of 0,1 and a frequency of 5 Hz. The crack growth rate versus energy release rate was described by an appropriate empirical power law which fits the experimental results and compared with delamination mechanisms observed by fractography. The results showed that the driving force for fatigue has major influence of GIc and Gmax based on the studied fractures, where both were considered in the Paris law. For the mixed mode, the geometry known as CLS had regions of crack propagation rate comparable to pure delamination modes in the stable propagation region which ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Coorientador: Alessandro Rodolfo de Paula / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Tessie Gouvêa da Cruz / Resumo: Os compósitos compreendem uma classe de material de grande importância industrial. Compósitos carbono/epóxi apresentam inúmeras vantagens em comparação aos materiais convencionais, possibilitando projetos complexos, mais leves e de elevada resistência à corrosão e à fadiga. Contudo, sua baixa resistência a carregamentos transversais requer avaliação do comportamento do material, como consequência de impacto de objetos. O foco deste trabalho foi estudar a resposta ao impacto, caracterizada como tolerância ao dano, em compósito carbono/epóxi processado via Moldagem por Transferência de Resina (RTM). Foram analisadas as propriedades do compósito carbono/epóxi obtido e a degradação de suas propriedades após impacto. Neste trabalho, foi realizada a seleção da resina epóxi e do tecido de fibra de carbono, bem como seu arranjo, a fração volumétrica e o controle dos parâmetros de injeção e de cura. A caracterização do compósito foi realizada por microscopia de inspeção acústica CScan. O estudo da tolerância ao dano foi realizado utilizando corpos de provas impactados em dois níveis de energia, conforme norma ASTM D 7136M e a sua resistência à compressão residual, conforme norma ASTM D 7137M, foi avaliada em comparação com a resistência à compressão do compósito isento de defeitos, conforme norma ASTM D6641M. Os resultados mostram redução na resistência à compressão de aproximadamente 50% e energias absorvidas a 20 J e 30 J respectivamente, de 0,51 J/cm2 e 0,58 J/cm2 para o laminado 1 e de 0,37 J/cm2 e 0,90 J/cm2 para o laminado 2 / Abstract: Composites comprise a material class of high industrial importance. Carbon/epoxy composites offer a wide amount of advantages in comparison with traditional materials, enabling complex projects, lighter and with high corrosion and fatigue resistance. However, the low transverse load resistance characteristic requires an evaluation of material behavior, as a consequence of impact occurrence. The work focus was study the damage response, defined as damage tolerance, in a carbon/epoxy composite processed by Resin Transfer Moulding (RTM). It was analyzed carbon/epoxy composite properties obtained and properties degradation after impact test. In this work were done the selection of epoxy resin and reinforcement, further the lay-up of carbon fabric, volumetric fraction and injection and curing parameters control. The composite assessment was done by acoustic microscopy inspection C-Scan. The damage tolerance study was done using impacted coupons with two energy levels, in accordance to ASTM D 7136M standard, and the residual compression resistance, in accordance to ASTM D 7137M standard, was evaluated in comparison with compression resistance in a composite without damage in accordance to ASTM D 6641M standard. Results show compressive resistance reduction about 50% and absorbed energy to 20 J and 30 J respectively, of 0,51 J/cm2 and 0,58 J/cm2 for the laminate 1 and 0,37 J/cm2 and 0,90 J/cm2 for the laminate 2 / Mestre

El polímers termoestables són materials de gran interès i amb una amplia versatilitat en el món industrial degut a les seves excel·lents propietats. El treball que es presenta, s'emmarca en aquest camp i es dirigeix cap a l'obtenció de nous materials epoxídics, que puguin ésser utilitzats com a recobriments de components electrònics. Els objectius que es van plantejar van ser: obtenir materials que 1) durant el procés de curat, experimentessin una baixa contracció, 2) permetessin una degradació tèrmica de forma controlada un cop ha finalitzat la vida útil dels components i 3) milloressin les propietats mecàniques respecte als materials epoxídics convencionals. La contracció de la xarxa polimèrica durant el procés de curat produeix tensions mecàniques internes i conseqüentment pot conduir a l'aparició d'esquerdes. Els espiroortoesters (SOEs) són monòmers considerats expansibles, que experimenten expansió durant el procés de polimerització. La síntesi dels SOEs es pot portar a terme per reacció d'epòxids amb lactones en presència d'un catalitzador àcid de Lewis. L'expansió en volum d'aquests monòmers es deguda a que en la polimerització per obertura d'anell es produeix un canvi de distancies covalents en la forma cíclica a distancies de Van der Waals en la forma oberta. La copolimerització de reïnes epoxi amb lactones en presència d'un àcid de Lewis porta a la formació "in situ" d'espiroortoesters. Un cop formats, polimeritzen i donen lloc a unitats de poli(èter-ester) a la xarxa tridimensional. Al polimeritzar generen expansió en l'última etapa del curat, precisament quan el material no té mobilitat, evitant així l'aparició de tensions internes.D'altra banda, l'estructura típica d'un termoestable implica que aquests materials, una vegada aplicats sobre un component electrònic, no poden ser eliminats ni mitjançant dissolvents ni per escalfament. La introducció de grups ester a la xarxa, especialment si son terciaris, permet disminuir la temperatura de degradació tèrmica en comparació a la dels materials epoxídics convencionals. Sotmesos els materials a un procés tèrmic, la xarxa termoestable sofreix una degradació parcial. Aquesta és suficient perquè es puguin eliminar per dissolució o mitjançant fricció mecànica. Així, el material electrònic pot ésser reparat o reciclat.Finalment, la introducció de restes alifàtiques a la xarxa termoestable redueix la densitat d'entrecreuament i amb ella la fragilitat dels materials, fent-los més flexibles.S'ha utilitzat una reïna comercial, el diglicidil èter del bisfenol A (DGEBA). Com a lactones el 2,2-dimetil-4,6-dioxo-1,3-dioxà o àcid de Meldrum (MA) i tres dels seus derivats amb la posició 5 disubstituïda. L'estructura d'aquests compostos permet introduir grups ester terciaris i cadenes alifàtiques a la xarxa epoxídica.S'ha sintetitzat una nova reïna epoxi: la 5,5-bis(2,3-epoxipropil)-2,2-dimetil-4,6-dioxo-1,3-dioxà (DGMA), on es conjuga en un mateix compost l'anell de bislactona i els grups glicidílics. Aquesta reïna s'ha homopolimeritzat i copolimeritzat amb la reïna epoxi de diglicidil èter de bisfenol A.Com a àcids de Lewis s'han estudiat els triflats de terres rares. Aquests permeten dur a terme el curat en condicions atmosfèriques. Els materials obtinguts amb els triflats de terres rares s'han comparat amb els obtinguts amb trifluorur de bor complexat, que és un iniciador catiònic convencional.A més, s'han obtingut materials a partir dels mateixos monòmers utilitzant un iniciador aniònic. En aquest cas, el mecanisme de curat no implica la generació de grups espiroortoester, però igualment porta a xarxes amb estructura de poli(èter-ester).Les etapes seguides en el present treball són:1. Síntesi i caracterització estructural dels derivats de l'àcid de Meldrum.2. Estudi del mecanisme de les reaccions de copolimerització catiònica i aniònica de la reïna epoxi amb l'àcid de Meldrum i derivats emprant els triflats de lantànid i el BF3·MEA i la DMAP, mitjançant calorimetria i FTIR/ATR.3. S'ha estudiat la cinètica dels processos de curat per calorimetria.4. Caracterització estructural dels diferents materials obtinguts.5. Avaluació de les propietats tèrmiques i mecàniques dels materials i del grau de contracció que experimenten en curar.6. Estudi dels processos de degradació dels materials termoestables obtinguts, així com les condicions que es produeix. De l'estudi realitzat s'ha pogut concloure que s'ha assolit una reducció global de l'encongiment al curar, s'han obtingut materials que inicien la degradació a temperatures inferiors a les de les reïnes epoxi convencionals i que van resultar ser més flexibles.ENGLISH / Thermosetting polymers are interesting materials widely versatilities in the electronics industry because of their good characteristics. The present work is included in this field and it is focused in obtaining new epoxydic thermosets that may be useful as coatings for electronic devices. The objectives posed in this work were to obtain materials that: 1) undergo low shrinkage during curing process, 2) allow to be thermally degraded in a controlled way once their service life is over and 3) improve the mechanical properties with respect to the conventional epoxy materials. The shrinkage of the polymeric network during curing process produces internal mechanical stress and consequently it can lead to the appearance of microvoids and microcracks. Spiroorthoesters (SOEs) are considered to be expandable monomers, which experience expansion during polymerization process. SOEs can be synthesized by reaction of epoxides with lactones in the presence of a Lewis acid as catalyst. The expansion in volume of these monomers is due to the ring-opening polymerization process. It produces a change in atomic distances from the cyclic form (covalent distance) to the open one (Van der Waals distance). The copolymerization of epoxy resins with lactones in the presence of a Lewis acid leads to "in situ" formation of spiroorthoesters. Once it is formed, it polymerizes yielding poly(ether-ester) unities into the three-dimensional network. On polymerizing expansion is produced, just when the material has no mobility and therefore avoiding internal stress. The typical structure of a thermoset implies that once it is applied over an electronic device neither solvents nor heat can remove it. The introduction of ester groups into the network, especially if are tertiary, allows diminishing the temperature of thermal degradation in comparison to that of conventional epoxy materials. When these new materials are subjected to a thermal process, the thermoset network undergoes a partial degradation. This is enough to remove it by dissolution or mechanical friction. Therefore, the electronic device can be repaired or recycled. Finally, the introduction of aliphatic moieties into the thermoset network reduces the cross-linking density and the fragility of materials, giving more flexibility to the material. In the present work, a commercial epoxy resin, diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) was used. As lactones 2,2-dimethyl-4,6-dioxo-1,3-dioxane or Meldrum acid (MA) and three of its derivatives with the five position disubstituted. The structure of these compounds allows incorporating tertiary ester groups and aliphatic chains into the epoxydic network. A new epoxy resin was synthesized: 5,5-bis(diglycidyl)-2,2-dimethyl-4,6-dioxo-1,3-dioxane (DGMA), which present both a bislactone ring and glicydilyc groups. This resin was homopolymerized and copolymerized with the epoxy resin of diglycidyl ether of bisphenol A. As Lewis acids triflates of rare earths were studied. These allow curing in atmospheric conditions. The materials obtained with triflates of rare earths were compared to the materials obtained with boron trifluoride complex, which is a conventional cationic initiator. Furthermore, materials from the same monomers were obtained by using an anionic initiator. In this case, the curing mechanism does not imply the generation of spiroorthoester groups, but equally it leads to networks with a poly (ether-ester) structure. The followed steps in the present work are:1. Synthesis and structural characterization of Meldrum acid derivatives. 2. Study of the mechanism of cationic and anionic copolymerization reactions of the epoxy resin with Meldrum acid and its derivatives using lanthanide triflats, BF3·MEA and DMAP, by differential scanning calorimetry and FTIR-ATR. 3. The kinetics of the curing process was studied by differential scanning calorimetry.4. Structural characterization of the materials obtained.5. Evaluation of the thermal and mechanical properties of materials and the degree of shrinkage experimented in the curing. 6. Study of the degradation process of thermosetting materials obtained and the conditions in which it is produced. From the study carried out it can be concluded that a global reduction in the shrinkage on curing was achieved. Also, materials that start the degradation at lower temperatures than conventional epoxy resins were obtained. These materials come to be more flexible

Aquest treball s'emmarca en el camp dels materials termoestables amb aplicacions en recobriments o encapsulants per microelectrònica i pretén l'obtenció de materials amb millor durabilitat i que després del temps d'ús puguin ser degradats i permetin la recuperació del material electrònic, el que constitueix una gran avantatja des del punt de vista mediambiental. L'estratègia escollida ha estat la copolimerització de diglicidilèter de bisfenol A (DGEBA) amb mono--lactones i bis--lactones utilitzant diversos triflats de terres rares i el BF3·MEA com iniciadors catiònics i varies amines terciàries com iniciadors aniònics. Aquesta estratègia permet la introducció de grups ester, tèrmica i químicament làbils i alhora reduir l'encongiment que es produeix durant el curat. La incorporació de cadenes alifàtiques, provinents de les lactones, entre punts d'entrecreuament augmenta la flexibilitat de la xarxa polimèrica i disminueix la fragilitat del material. La millora de les propietats mecàniques també va ser estudiada addicionant montmorillonites laminars. / This work focuses on the thermosetting materials area with applications in coatings or encapsulates for microelectronic devices and it seeks to obtain materials with better durability that after their working life, could be degraded and let the recuperation of the electronic material, which means a great advantage for the environment. The strategy followed has been the copolymerization of diglycidylether of bisphenol A (DGEBA) with mono--lactones and condensed bis--lactones using several rare earth triflates and BF3·MEA as cationic initiators and several tertiary amines as anionic iniciators. This strategy lets the introduction of ester linkages, thermal and chemically cleavable and at the same time the reduction of the shrinkage which is produced during the curing process. The incorporation of aliphatic chains, that come from lactones, between cross-linking points increases the flexibility of the polymeric network and decreases the fragility of the material. The improvement of the mechanical properties also was studied adding layered montmorillonites.

Aquest treball s'emmarca en el camp dels materials termoestables amb aplicacions com a recobriments o encapsulants per microelectrònica i pretén l'obtenció de materials amb una millor durabilitat i que puguin ser degradats un cop finalitzada la seva vida útil, permetent la recuperació del dispositiu electrònic. L'estratègia escollida s’ha basat en la modificació de la reïna comercial diglicidilèter de bisfenol A (DGEBA) amb estructures dendrítiques de tipus hiperramificat i estrella. Aquesta estratègia permet la introducció de grups ester, tèrmicament làbils així com reduir l'encongiment que es produeix durant el curat. A més, la incorporació d’aquest tipus d’estructures augmenta el volum lliure de la xarxa polimèrica fent augmentar la tenacitat del material sense empitjorar el processat de la mescla reactiva ni les propietats termomecàniques del material. / This work is related to the field of thermosetting materials as coatings or encapsulates for microelectronic devices. The main objective of this project deals with the improvement of durability of a commercial epoxy resin (diglycidylether of bisphenol A, DGEBA) and its capability to be degraded after its working life which let the recuperation of the electronic material, which fulfills the environmental requirements. The approach selected has been the modification of DGEBA by means of dendritic polymer structures such as hyperbranched and multiarm star polymers. This strategy leads to introduce ester groups into the epoxy network which are thermally labile and the reduction of the shrinkage during the curing process. In addition, the free of the epoxy network is increased by the incorporation of these kinds of macromolecular structures which helps increasing toughness without worsening the processability of the reactive formulation and the thermomechanical properties of the resulting thermoset.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:37:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3291.pdf: 2970196 bytes, checksum: bd8509cafdf12e15798864a0a09ea39e (MD5) Previous issue date: 2010-08-20 / In this work, we have developed a study of the impact of two variables (Water and Monohydroyized Epoxy Resin) to Epoxy resin raw material in the behavior of the reactivity and viscosity of a " Epoxy System (Parts A - Resin Modified + Component B - Curing Agent) used in the manufacturing of blades Reinforced Plastic (FRP) for wind power generators. Over 90% of Global manufacturers of blades utilize the infusion process, which requires the speed of evolution of viscosity depending on the reactivity of the epoxy system meets specific conditions and limitations of the infusion process in their plants. Knowing that those two variables have a direct impact on the property of viscosity, we have evaluated separately the correlation of the variables with the epoxy resin and the component "A" of epoxy system. The objective of this project was to obtain the ability to predict and then set the best parameters for those variables that did not cause any disturbance rheokinetic when using Epoxy System. / Neste trabalho, foi desenvolvido um estudo do impacto de duas variáveis (Água e Resina Monohidrolisada) da matéria prima resina Epóxi no comportamento da reatividade e viscosidade de um Sistema Epóxi (Componentes A Resina Modificada + Componente B Agente de Cura), utilizado na fabricação de pás em Plástico Reforçado (FRP) para geradores de energia eólica. Mais de 90% dos fabricantes Globais de pás utilizam-se do processo de infusão, o qual exige que a velocidade da evolução da viscosidade em função da reatividade do sistema epóxi atenda às condições e limitações específicas do processo de infusão em suas plantas. Sabendo-se que as duas variáveis impactam diretamente na propriedade de viscosidade avaliamos isoladamente a correlação das mesmas na própria resina epóxi e no Componente A do sistema Epóxi. O objetivo deste projeto foi à obtenção da capacidade de prever e estabelecer os melhores parâmetros para que estas variáveis não causem nenhum distúrbio reocinético quando da utilização do Sistema Epóxi.

o comportamento, frente ao envelhecimento físico, do sistema diglicidil éter do bisfenol-A (DGEBA) curado com diaminodifenilmetano (DOM) foi estudado em função da estrutura química, induzida pela cura, e do tempo de envelhecimento. Sistemas estequiométricos foram submetidos a Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e Análise Térmica Dinâmico-Mecânica (DMTA). A cura isotérmica da resina epóxi foi realizada em uma etapa a 115°C e 135°C, por 20, 30, 45, 60 e 90 mino As amostras foram envelhecidas a 100°C por períodos de 4 até 72h. A extensão do envelhecimento físico foi associado com a área do pico endotérmico que aparece na região da transição vítrea, de acordo com os termogramas de DSC. Foi observado que a entalpia de relaxação aumenta gradualmente com o tempo de envelhecimento. Por DMT A, observou-se variações na magnitude do fator de perda (tan õ), no pico máximo, em função do grau de cura e do tempo de envelhecimento. O módulo dinâmico de armazenamento a 100°C (E'1CX)) deslocou-se para valores maiores assim como a Tg, medida através do pico a da curva log E", com o aumento do tempo de envelhecimento. A velocidade de envelhecimento e as energias de ativação da transição α foram obtidas a partir de parâmetros dinâmico-mecânicos e após associados com as diferentes histórias de cura e envelhecimento do material. De modo geral, a velocidade de envelhecimento (Ra) decresce com o aumento do grau de reticulação para sistemas curados a 115°C e passa por um mínimo para as amostras curadas a 135°C. As energias de ativação mostram uma tendência crescente com o tempo de envelhecimento. Concluiu-se que a técnica de DMTA é muito sensível às mudanças estruturais devido à cura e ao envelhecimento físico realizados nos sistemas investigados. Os resultados dinâmico-mecânicos obtidos para as misturas curadas segundo diferentes histórias térmicas salientam a importância da seleção adequada das condições de cura para que se possam obter as melhores propriedades destes materiais. / Physical aging behavior of diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBA) cured with diaminodiphenylmethane (DDM) have been investigated as a function of chemical structure, induced by cure, and aging time. Stoichiometric systems have been submitted to Differencial Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA) measurements. The isothermal curing of the epoxy resin was carried out in one step at 115°C and at 135°C for 20, 30, 45, 60 and 90 mino Samples were aged at 100°C for periods of time from 4 to a maximum of 72 h. The extent of physical aging has been measured by the area of the endothermic peak which appears within the glass transition region according to DSC thermograms. The enthalpy relaxation was found to increase gradually with aging time. Variations on magnitude of the loss factor (tan õ), on the maximum peak, have been observed as a function of degree of cure and aging time. The dynamic storage modulus at 100°C ( E' 100) changed with increasing physical aging to higher values as well as the glass transition temperature (Tg) as measured by the a peak on log E" curves. Aging rates and α transition activation energies were obtained through DMT A parameters analysis and then associated with different curing and aging histories of the material. Generally, the aging rate (Ra) decreases with increasing crosslinking degree for the systems cured at 115°C and passes through a minimum for those cured at 135°C. The activation energies demonstrate a tendecy to increase with aging time. It was concluded that the DMTA technique is very sensitive to structural changes in the investigated epoxy systems due to curing and physical aging . The DMTA results obtained from mixtures cured with different thermal histories underline the importance of adequate selection of curing conditions in order to obtain the optimum properties for these materiais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-25T17:46:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 301079.pdf: 2153946 bytes, checksum: 58cb489646783a932f7ed533f416c2ac (MD5) / Os compósitos poliméricos, em especial polímeros reforçados com fibras vegetais, se comparados com outros materiais poliméricos ou mesmo metais, possuem baixa densidade e alta resistência específica, o que os torna adequados para serem utilizados principalmente nas indústrias automotiva, moveleira e de construção civil. Estes materiais também apresentam como vantagens baixo custo e sustentabilidade devido à utilização das fibras vegetais que são provenientes de fontes renováveis. Dentre as diversas plantas fibrosas que fornecem fibras vegetais aplicáveis em compósitos, a grande maioria pode ser cultivada no Brasil, podendo-se destacar os bambus. Além das inúmeras utilizações do bambu como material de construção e matéria prima industrial, é possível extrair suas fibras e utilizá-las como reforço em compósitos. Neste trabalho foram desenvolvidos compósitos de matriz epóxi ou poliuretano derivado do óleo de mamona com fibras de bambu através do processo de laminação manual seguido de moldagem por compressão. Laminados contínuos de bambu foram extraídos pelo processo de torneamento utilizando-se um dispositivo desenvolvido e construído em laboratório. As propriedades mecânicas dos compósitos foram avaliadas através dos ensaios de tração, flexão, impacto e análise dinâmico-mecânica. A microestrutura dos bambus, dos laminados e dos compósitos foi analisada por Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura. Os compósitos obtidos neste trabalho apresentaram baixa densidade e excelentes propriedades mecânicas de tração, flexão e impacto. Suas propriedades específicas são quase cinco vezes à de um aço baixo carbono e comparáveis às propriedades de compósitos de fibras de vidro. Os compósitos obtidos possuem propriedades adequadas para serem utilizados em diversas aplicações tecnológicas, principalmente nos setores automotivo, moveleiro e de construção civil. / Polymer composites, especially vegetable fiber reinforced polymers, have low density and adequate specific strength to be used in the automotive, furniture and civil construction industries. These are low cost and sustainable materials produced with vegetable fibers which are renewable sources. Among the innumerous plants from which biofibers are produced, most of them can be grown and cultivated in Brazil especially the bamboos. Besides the utilization of bamboo as a construction material and industrial raw material, it is also possible to extract its fibers and use them as reinforcement in composites. Polymer matrix composites made from polyurethane or epoxy resin reinforced with bamboo veneers were developed in this work using the hand layup technique followed by compression molding. It was used a castor oil derived polyurethane resin which comes from renewable sources. Rotary cut continuous bamboo veneers were extracted through an especially designed apparatus which was developed and constructed in laboratory. The composites mechanical properties were evaluated by tensile, flexural and impact testing, as well as the dynamic-mechanical analysis. The bamboo microestructure was evaluated by optical and scanning electron microscopy. Composites obtained in this work presented low density and excellent tensile, flexural and impact strengths. Its specific properties were almost five times greater than low carbon steel and even comparable to fiber glass reinforced composites. The composites have adequate properties to be used in innumerous technological applications, especially in the automotive, furniture and construction sectors.