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Avaliação de resinas epóxi para aplicação em end fittings de dutos flexíveis

Wedekamper, Facundo Javier January 2017 (has links)
Nas extremidades dos dutos flexíveis utilizados na indústria petroleira offshore são instalados os end fittings, ou conectores. Uma parte fundamental deste componente é o sistema de ancoragem, que consiste nos arames de aço da armadura de tração embebidos em resina epóxi, onde seu propósito é transmitir os esforços que provêm do duto. Este estudo tem como objetivo apresentar uma avaliação de três diferentes resinas epóxi (Huntsman: SW404/HY404, AW4804/HW4804 e XAW1395/HY950) comparando as propriedades mecânicas e a influência do ambiente de serviço, a fim de definir qual melhor se adequa para este fim. As propriedades mecânicas das resinas epóxi foram determinadas através de ensaios de compressão, tração, cisalhamento, pullout e medições de dureza. Os denominados ensaios de pullout representam um modelo simplificado do sistema de ancoragem e possibilitam o estudo da interface entre a resina e o aço da armadura de tração. Para avaliar o efeito da exposição do polímero às condições ambientais de serviço, amostras foram envelhecidas numa solução de água marinha na temperatura constante de 60°C, durante um período de 6 meses. Após este período, realizaram-se ensaios de compressão, cisalhamento e pullout, cujos resultados foram comparados com os obtidos de amostras sem nenhum período de exposição. A influência das elevadas temperaturas sobre a propriedade de adesão nas diferentes resinas foi avaliada mediante ensaios de pullout realizados à temperatura de 100°C. Além disto, foi realizada uma análise térmica através de ensaios de TGA e DMTA. Por fim, às propriedades determinadas nos diferentes ensaios e medições lhes foram atribuídas um peso quantitativo de acordo com sua importância dentro do sistema de ancoragem. Os valores das propriedades e seus pesos foram introduzidos a uma matriz de análise de multicritérios, que permitiu selecionar a resina epóxi com a melhor combinação de propriedades para ser aplicada em end fittings. Finalmente, é proposta a determinação de alguns parâmetros adicionais das resinas epóxi para complementar o estudo realizado / End fittings are components that are installed at the ends of flexible pipes used in the offshore oil industry. A fundamental part of this component is the anchoring system, which consists of the steel wires of the tensile armour embedded in epoxy resin, which its purpose is to transmit the loads that come from the pipe. This study aims to present an evaluation of three different epoxy resins (Huntsman: SW404/HY404, AW4804/HW4804 e XAW1395/HY950), comparing the mechanical properties and studying the influence of the service environment, in order to define which material is best suited for this application. The mechanical properties of the epoxy resins were determined by tests such as compression, tensile, shear and pullout tests and hardness measurements. The pullout tests represent a simplified model of the anchoring system and they allow the study of the interface between the resin and the steel of the tensile armour. To evaluate the effect of the exposition of the polymer material to environmental conditions found in service, some samples were immersed in a bath of sea water at a constant temperature of 60°C during a period of 6 months. After this period, compression, shear and pullout tests were performed and the results were compared with those obtained from samples without degradation. The influence of the high temperatures on the adhesion property of the different epoxy resins was evaluated with pullout tests performed at a temperature of 100°C. Furthermore, a thermal analysis was realized through TGA and DMTA tests. Finally, to the properties determined in the different tests and measurements were given a quantitative weight according to their importance within the anchoring system. The values of the properties and their weights were introduced into a matrix of multicriterial analysis that allowed selecting the epoxy resin with the best combination of properties to be applied in end fittings. Finally, it was proposed the determination of other epoxy resins parameters to complement this study.
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The natural mode shapes and frequencies of graphite/epoxy cantilevered plates and shells.

Crawley, Edward Francis January 1978 (has links)
Thesis. 1978. M.S.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Aeronautics and Astronautics. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND AERONAUTICS. / Includes bibliographical references. / M.S.
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Estudo do metabolismo in vitro do partenolídeo / In vitro metabolism of parthenolide

Silvério, Maíra Rosato Silveira 09 September 2016 (has links)
O partenolídeo é uma lactona sesquiterpênica do tipo germacrolídeo, considerado como marcador da espécie Tanacetum parthenium e responsável pela atividade biológica do extrato das folhas desta planta. O extrato padronizado é comercializado como medicamento fitoterápico de registro simplificado pela ANVISA para profilaxia de enxaqueca. Além disso, existem vários estudos recentes demonstrando diversas atividades biológicas desta substância, como atividade antineoplásica e antiparasitária. Desta maneira, surge a necessidade de conhecimento da toxicologia deste composto, como os dados farmacocinéticos, farmacodinâmicos e de toxicidade. Neste trabalho foi avaliado o estudo introdutório de metabolismo in vitro do partenolídeo, ou seja, a avaliação dos possíveis metabólitos formados através das reações que mimetizam a oxidação pelo sistema citocromo P-450, utilizando catalisadores biomiméticos e pela biotransformação utilizando microssomas de rato. Através do modelo biomimético foi verificada a formação de um metabólito putativo majoritário, o qual foi isolado da reação do partenolídeo com MCPBA catalisada pela metaloporfirina FeTFPPCl e caracterizado como 1(R),10(R)-epóxi-partenolídeo. A avaliação da reatividade do partenolídeo, neste modelo oxidativo, foi realizada através da variação do agente oxidante e do catalisador. Na catálise em meio biológico utilizando microssoma de rato foi detectado um único metabólito, o qual apresentou espectro de massas e tempo de retenção similar ao produto isolado da reação biomimética com FeTFPPCl e MCPBA, sugerindo desta maneira, tratar-se da mesma substância. Ainda, neste estudo, foram realizados ensaios preliminares de citotoxicidade do partenolídeo e de seu metabólito putativo, sendo ambos os compostos ativos. / Parthenolide is a sesquiterpene lactone (germacrolide moiety) considered as a chemical marker ofTanacetum parthenium species and described as responsible for the biological activity of the leaves extract. The standardized extract is presented in Brazilian market as an herbal medicine for headache preventing (simplified registration at ANVISA). Moreover, several investigations in the literature have demonstrated its antiparasitic and antineoplastic activity. However, there is a need for knowledge on its toxicology, such as pharmacokinetic, pharmacodynamic and toxicity evaluations. Thus, the aim of this work is the in vitro analysis of parthenolide biomimetic metabolism (like cytochrome P-450 system) applying organometallic catalysts and biotransformation by rat microsomes. A major putative metabolite was isolated from parthenolide biomimetic oxidative reaction with MCPBA catalyzed by metalloporphyrin FeTFPPCl and it was characterized as 1(R),10(R)-epoxyparthenolide. The reactivity of parthenolide (at this oxidative model) was performed by varying the oxidizing agent and catalyst amounts. At rat microsome model, only a single metabolite was detected, which showed identical mass spectrum and retention time of the previously isolated putative metabolite (from the biomimetic reaction with MCPBA and FeTFPPCl). In addition, parthenolide and its putative metabolite were preliminary evaluated for the trypanocidal and leishmanicidal activity and both compounds showed significant biological activity.
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Multiscale carbon fibre composites with epoxy-graphite nanoplatelet matrices

Bin Junid, Ramli January 2017 (has links)
This thesis reports the effects of incorporating graphite nanoplatelets (GNPs) to epoxy-carbon fibre (CF) laminates to produce multiscale composites. A grade of epoxy resin typical for the application in aerospace engineering, triglycidyl-p-aminophenol (TGPAP), was used in this work cured with 4,4'-diaminodiphenyl sulfone (DDS). To improve the processability of TGPAP, a diluent, the diglycidyl ether of bisphenol F (DGEBF), was added to formulations. Compositions of TGPAP/DGEBF/DDS were optimised using response surface methodology (RSM) with the target response being to obtain high glass transition temperature (Tg) and low resin viscosity. From RSM, the optimum values were obtained at 55.6 wt. % of DGEBF and a stoichiometric ratio of 0.60. Before addition into epoxy, GNPs were treated either covalently using 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS) or non-covalently using a commercial surfactant, Triton X-100 (abbreviated as A-GNPs and T-GNPs, respectively). After treatment, XPS analysis showed a new peak at 100 eV for A-GNPs indicating silicon and the C/O ratio increased from 11.0 to 26.2 for T-GNPs relative to unmodified GNPs (U-GNPs), suggesting attachment of the modifier molecules had occurred. Nanocomposites (NCs) were prepared by incorporate GNPs into epoxy using mechanical mixing. Rheological percolation threshold of GNP-epoxy suspensions were determined using oscillatory-shear rheometry as 3.9 wt. % for AR-GNPs, 3.6 wt. % for U-GNPs, 3.2 wt. % for A-GNPs and 3.5 wt. % for T-GNPs, suggesting surface treatment improved dispersion. At 4 wt. % of GNPs, flexural strain of NCs was decreased relative to neat epoxy by 46% for AR-GNPs, 48.6% for U-GNPs, 4.6% for A-GNPs and 30.8% for T-GNPs but flexural moduli showed small increases of 6.1-7.4%. Fracture toughness (K1C) also improved. For example, the K1C increased from 0.80 ± 0.04 MPa.m1/2 for neat epoxy to 1.32 ± 0.01 MPa.m1/2 for NCs containing 6 wt. % of U-GNPs possibly due to the branching of cracks resulting from the embedded GNPs. Due to their mechanical performance, A-GNPs were used to fabricate epoxy/CF/A-GNPs multiscale composites. Multiscale composites showed inferior properties relative to a comparable conventional composite in flexural testing, interlaminar shear strength (ILSS) and interlaminar fracture toughness mode II (G11C) due to weaker bonding at the matrix-CF interface. However, multiscale composites showed ~40% higher capability than conventional composite to absorb energy during impact due to greater interfaces formed by the inclusion of A-GNPs into the system.
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Degradation of composite insulators at material interfaces

Bastidas Erazo, Pablo Daniel January 2018 (has links)
High-voltage (HV) outdoor composite insulators used in transmission lines are made of two polymers, comprising the core and housing, bonded together with metallic end-connections. The interface between these polymers is parallel to the electric field, which makes the insulators more prone to interfacial problems at these common points [1]. If interfacial ageing occurs, degradation and catastrophic breakdown can result [2]. Therefore, the design reliability of outdoor composite insulators depends on the high-strength bond between the core and the housing [3],[4]. Research findings by Kutil and Froshlic [5] indicate that delaminated areas, cavities and/or micro cracks in the medium are enough to initiate streamer discharges along the interface that are capable of degrading both insulating materials. The heat, UV radiation, and high-energy electrons produced from such discharge activity resulted in the growth of carbon paths along the interface, known as ‘tracking’, ultimately causing failure [6]. This investigation focuses on the development of tracking between silicone rubber and epoxy resin, with a view to replicating the tracking phenomena seen within composite insulators in service. A fine wire is placed between the dielectrics materials to enhance the local electric field magnitude and initiate discharge processes. The resulting partial discharge (PD) activity has been monitored. This Information has been used to understand the inception and propagation of the interfacial tracking. A strong relationship was found between maximum PD magnitude and track length. PD patterns and unique detailed images of the interfacial tracking development, allowed identification of the growth characteristics of interfacial channels and phases of tracking growth. Furthermore, a correlation in the mechanisms of interfacial degradation was found between the lab-fabricated samples and commercial composite rods. Finally, a growth model of interfacial ageing has been developed with the information from FEA models, PD patterns and the detailed images of tracking growth. The physical structure and chemical analysis of interfacial tracking is also disclosed to provide an insight into interfacial ageing mechanisms that occur in the composite insulators under electrical stress.
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Estudo e desenvolvimento de fonte de fósforo-32 imobilizado em matriz polimérica para tratamento de câncer paravertebral e intracranial / Study and development of phosphorus-32 source immobilized in polymer matrix for paraspinal and intracranial cancer treatment

Benega, Marcos Antonio Gimenes 24 March 2015 (has links)
As últimas estimativas da Organização Mundial da Saúde mostram a ocorrência de 14,1 milhões de novos casos de câncer em 2012. Sendo que desses casos, 8,2 milhões virão a óbito. Os tumores paravertebrais e intracraniais, também chamados de cânceres do Sistema Nervoso Central, tem origem no cérebro, nervos cranianos e meninges. Uma nova modalidade de braquiterapia começou a ser usada nesta última década. Neste procedimento, placas poliméricas flexíveis, carregando fósforo-32, são colocadas próximas ou em contato ao tumor para o tratamento. Este tratamento apresenta vantagens em relação aos demais porque aplica uma alta taxa de dose no tumor poupando tecidos sadios. A produção destas placas ainda é pouco estudada, embora já existam resultados satisfatórios no seu uso para o tratamento dos cânceres do sistema nervoso central. Neste trabalho foram realizados estudos iniciais para a produção deste tipo de placas poliméricas para braquiterapia. Foram avaliadas as propriedades mecânicas e a capacidade de imobilização de material radioativo de duas resinas comercias, uma poliuretânica e outra epoxídica, com e sem presença de substrato de policarbonato. Os testes iniciais apontaram o uso da resina epoxídica como melhor alternativa e com o uso dela foram feitos os primeiros protótipos e testes. O uso do policarbonato como substrato não foi necessário em uma das metodologias, facilitando o procedimento, mas oferecendo uma barreira menor de segurança. Os ensaios de tração mostraram que a adição de solução ácida à resina epóxi alterou suas características mecânicas, mas houve uma pequena melhora em sua flexibilidade. Os testes de adesão evidenciaram uma melhor adesão da resina à face texturizada do policarbonato. A termogravimetria mostrou que a solução ácida adicionada a resina fica presa à estrutura mesmo com elevações de temperatura acima de 100°C. A resina epoxídica utilizada teve a capacidade de incorporar o material radioativo em forma de solução ácida e manter-se estanque após testes de esfregaço e imersão em líquido quente. De acordo com os resultados obtidos, a produção destas placas com resina epoxídica é possível e atende às normas internacionais de segurança contra vazamento de material radioativo para fontes utilizadas em braquiterapia. / The latest estimates of the World Health Organization show the occurrence of 14.1 million new cases of cancer in 2012. From these cases, 8.2 million will come to death. The paraspinal and intracranial tumors, also called central nervous system cancers, are originated in the brain, cranial nerves and meninges. A new brachytherapy modality began to be used in the last decade. In this procedure, flexible, polymeric plaques carrying phosphorus-32 are placed in contact or close to the tumor for treatment. This treatment has advantages over others because it applies a high dose rate in the tumor sparing healthy tissues. The production of these plaques is not well known, although there are satisfactory results in its use for the treatment of central nervous system cancers. This work carried out initial studies for the production of this type of polymer plaques for brachytherapy. The mechanical properties and immobilization capacity of radioactive material, from two commercial resins, epoxy and polyurethane, with or without the presence of polycarbonate as substrate were evaluated. Initial tests showed the use epoxy resin as the best alternative and the first prototypes and tests with use of it were made. The use of polycarbonate as a substrate was not required on one of the methodologies, facilitating the procedure but offering a lower security barrier. The tensile tests showed that addition of acid to the epoxy resin solution changed its mechanical properties, but there was a small improvement in flexibility. Adhesion tests showed better adhesion of the resin to the textured surface of the polycarbonate. The thermogravimetric analysis showed that the acid solution added to the resin structure is sealed even with temperature rises above 100°C. The epoxy resin used has the ability to incorporate the radioactive material in the form of acid solution and remain tight after wiping and immersion in hot liquid tests. According to the results, the production of these plaques with epoxy resin is possible and meets international safety standards for leakage of radioactive material in radioactive sources used in brachytherapy.
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Estudo Comparativo do Desempenho Anticorrosivo de Tintas EpÃxi à Base de Molibdatos e Fosfatos / Comparative Study of Performance Epoxy Anticorrosive Paint the Base Phosphates and molybdates

Alexsander Prado de AraÃjo 25 November 2005 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Os molibdatos tÃm sido introduzido como possÃvel substituinte dos cromatos, como pigmento anticorrosivo, devido a suas propriedades de inibiÃÃo, sua baixa toxicidade e a possibilidade de formaÃÃo de um filme de conversÃo em superfÃcies metÃlicas semelhante à camada de conversÃo formada pelos cromatos. Neste trabalho, foram formuladas tintas com os seguintes pigmentos: Cromato de zinco, fosfato de zinco, fosfato Molibdato de zinco e fosfato Molibdato de zinco-cÃlcio. Foi formulado ainda, uma tinta sem pigmentos (verniz) e outra somente com a carga. O trabalho consiste em um estudo comparativo do desempenho anticorrosivo das pinturas formuladas, por testes cÃclicos em laboratÃrio (cÃmara de nÃvoa salina) e imersÃo total. As principais tÃcnicas empregadas foram: monitoramento do potencial de circuito aberto, curvas de polarizaÃÃo e impedÃncia eletroquÃmica. De um modo geral, o cromato de zinco apresentou melhores resultados. PorÃm, em certas condiÃÃes de trabalho, os pigmentos nÃo tÃxicos apresentaram resultados satisfatÃrios. / Os molibdatos tÃm sido introduzido como possÃvel substituinte dos cromatos, como pigmento anticorrosivo, devido a suas propriedades de inibiÃÃo, sua baixa toxicidade e a possibilidade de formaÃÃo de um filme de conversÃo em superfÃcies metÃlicas semelhante à camada de conversÃo formada pelos cromatos. Neste trabalho, foram formuladas tintas com os seguintes pigmentos: Cromato de zinco, fosfato de zinco, fosfato Molibdato de zinco e fosfato Molibdato de zinco-cÃlcio. Foi formulado ainda, uma tinta sem pigmentos (verniz) e outra somente com a carga. O trabalho consiste em um estudo comparativo do desempenho anticorrosivo das pinturas formuladas, por testes cÃclicos em laboratÃrio (cÃmara de nÃvoa salina) e imersÃo total. As principais tÃcnicas empregadas foram: monitoramento do potencial de circuito aberto, curvas de polarizaÃÃo e impedÃncia eletroquÃmica. De um modo geral, o cromato de zinco apresentou melhores resultados. PorÃm, em certas condiÃÃes de trabalho, os pigmentos nÃo tÃxicos apresentaram resultados satisfatÃrios.
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Estudo e desenvolvimento de fonte de fósforo-32 imobilizado em matriz polimérica para tratamento de câncer paravertebral e intracranial / Study and development of phosphorus-32 source immobilized in polymer matrix for paraspinal and intracranial cancer treatment

Marcos Antonio Gimenes Benega 24 March 2015 (has links)
As últimas estimativas da Organização Mundial da Saúde mostram a ocorrência de 14,1 milhões de novos casos de câncer em 2012. Sendo que desses casos, 8,2 milhões virão a óbito. Os tumores paravertebrais e intracraniais, também chamados de cânceres do Sistema Nervoso Central, tem origem no cérebro, nervos cranianos e meninges. Uma nova modalidade de braquiterapia começou a ser usada nesta última década. Neste procedimento, placas poliméricas flexíveis, carregando fósforo-32, são colocadas próximas ou em contato ao tumor para o tratamento. Este tratamento apresenta vantagens em relação aos demais porque aplica uma alta taxa de dose no tumor poupando tecidos sadios. A produção destas placas ainda é pouco estudada, embora já existam resultados satisfatórios no seu uso para o tratamento dos cânceres do sistema nervoso central. Neste trabalho foram realizados estudos iniciais para a produção deste tipo de placas poliméricas para braquiterapia. Foram avaliadas as propriedades mecânicas e a capacidade de imobilização de material radioativo de duas resinas comercias, uma poliuretânica e outra epoxídica, com e sem presença de substrato de policarbonato. Os testes iniciais apontaram o uso da resina epoxídica como melhor alternativa e com o uso dela foram feitos os primeiros protótipos e testes. O uso do policarbonato como substrato não foi necessário em uma das metodologias, facilitando o procedimento, mas oferecendo uma barreira menor de segurança. Os ensaios de tração mostraram que a adição de solução ácida à resina epóxi alterou suas características mecânicas, mas houve uma pequena melhora em sua flexibilidade. Os testes de adesão evidenciaram uma melhor adesão da resina à face texturizada do policarbonato. A termogravimetria mostrou que a solução ácida adicionada a resina fica presa à estrutura mesmo com elevações de temperatura acima de 100°C. A resina epoxídica utilizada teve a capacidade de incorporar o material radioativo em forma de solução ácida e manter-se estanque após testes de esfregaço e imersão em líquido quente. De acordo com os resultados obtidos, a produção destas placas com resina epoxídica é possível e atende às normas internacionais de segurança contra vazamento de material radioativo para fontes utilizadas em braquiterapia. / The latest estimates of the World Health Organization show the occurrence of 14.1 million new cases of cancer in 2012. From these cases, 8.2 million will come to death. The paraspinal and intracranial tumors, also called central nervous system cancers, are originated in the brain, cranial nerves and meninges. A new brachytherapy modality began to be used in the last decade. In this procedure, flexible, polymeric plaques carrying phosphorus-32 are placed in contact or close to the tumor for treatment. This treatment has advantages over others because it applies a high dose rate in the tumor sparing healthy tissues. The production of these plaques is not well known, although there are satisfactory results in its use for the treatment of central nervous system cancers. This work carried out initial studies for the production of this type of polymer plaques for brachytherapy. The mechanical properties and immobilization capacity of radioactive material, from two commercial resins, epoxy and polyurethane, with or without the presence of polycarbonate as substrate were evaluated. Initial tests showed the use epoxy resin as the best alternative and the first prototypes and tests with use of it were made. The use of polycarbonate as a substrate was not required on one of the methodologies, facilitating the procedure but offering a lower security barrier. The tensile tests showed that addition of acid to the epoxy resin solution changed its mechanical properties, but there was a small improvement in flexibility. Adhesion tests showed better adhesion of the resin to the textured surface of the polycarbonate. The thermogravimetric analysis showed that the acid solution added to the resin structure is sealed even with temperature rises above 100°C. The epoxy resin used has the ability to incorporate the radioactive material in the form of acid solution and remain tight after wiping and immersion in hot liquid tests. According to the results, the production of these plaques with epoxy resin is possible and meets international safety standards for leakage of radioactive material in radioactive sources used in brachytherapy.
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Etude de la variabilité et du spectre d'utilisation de structures composites carbone-époxy pour l'aviation légère / Study of the variability and spectrum of using carbon-epoxy compoiste structures for light aviation

Habib, Ahmed El 12 December 2013 (has links)
Cette étude présente deux objectifs : industriellement elle contribue à la certification d’unaéronef léger de quatre places (MCR 4S) suivant la norme CS 23 régie par l’EASA(European Aviation Safety Agency) et scientifiquement, elle cherche à mieux appréhenderle lien entre la variabilité des matériaux et du comportement des structures. L’étude devariabilité montre une grande dispersion des caractéristiques mécaniques telle qu’il nousest impossible d’optimiser le coefficient de sécurité. A partir de ce constat, une étude plusapprofondie est effectuée et a permis de déterminer les origines de la variabilité à savoir, lanon homogénéité de l’épaisseur et donc de la teneur volumique de fibre dus au processusde fabrication utilisé (moulage au contact).A partir d’une instrumentation par jauges de déformation sur des zones ciblées de lavoilure d’un aéronef prototype, un essai en vol est effectué dans le but d’extraire un spectred’utilisation en cours de service et ce dans les différentes configurations de vol (roulage,décollage, montée, vol en palier, descente, virage et atterrissage). Ce spectre est utilisé parla suite dans un essai de fatigue sur l’aile afin de comprendre les mécanismesd’endommagement dans ce cas de figure. Conjointement, un modèle numérique de lavoilure validé par des essais statiques sur la voilure a permis de mieux comprendre lecomportement de la voilure grâce à une cartographie détaillée des contraintes. / This study has two objectives: industrially it contributes to the certification of a four-seaterlight aircraft (MCR 4S) following the CS 23 standard governed by EASA (EuropeanAviation Safety Agency) and scientifically, it searches to better understand the linkbetween the variability of materials and structural behavior. The study of variability showsa wide dispersion of mechanical characteristics such that is impossible to optimize thesafety factor. From this, further study is conducted and identified the origins of variabilityi.e., non homogeneity of the thickness and therefore the fiber volume content due to themanufacturing process used (contact molding).From instrumentation by strain gages on targeted areas of the wing, a flight test isperformed in order to extract a spectrum of use in service on different configurations flight(taxiing, takeoff, climb, level flight, descent, turn and landing). This spectrum issubsequently used in a fatigue test on the wing in order to understand the damagemechanisms in this case. Together, a numerical model of the wing validated by static testson the wing helped to better understand the behavior of the wing through a detailed stressdistribution.
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Estudo da reocinética de cura de resinas epoxídicas por meio de diferentes técnicas de análise / Study of cure reokinetic of epoxy resins by different analytical techniques

Abreu, Mariane Martim Sobrosa Passos de 24 September 2008 (has links)
As aplicações comerciais e científicas das resinas epoxídicas dependem diretamente da combinação entre resina/endurecedor/acelerador, tornando-o um sistema reativo bastante complexo, cuja determinação dos seus parâmetros de cura é um problema multivariável de tempo, temperatura e concentração de reagentes. É necessário o conhecimento de suas etapas de cura e de seu mecanismo cinético para obtenção das melhores propriedades mecânicas, elétricas e térmicas, com a finalidade de conseguir uma resina epoxídica de alto desempenho. As técnicas analíticas comumente empregadas na determinação da cura de resinas epoxídicas como também de diversas outras resinas poliméricas são: a calorimetria exploratória diferencial (DSC) e a análise dinâmico-mecânica (DMA). Neste trabalho, dois sistemas reativos foram analisados: o primeiro, resultante da combinação de resina DGEBA com endurecedor à base de amina alifática; o segundo composto pela resina DGEBA reagida com endurecedor à base de anidrido e catalisado por amina terciária. É apresentada a metodologia empregada na determinação dos parâmetros cinéticos para os dois sistemas epóxi utilizando a análise por DSC isotérmica e não isotérmica, a técnica DMA isotérmica, e como complementos análises isotérmicas por análise reológica e análise dielétrica (DEA) para determinação dos tempos de gelificação e vitrificação que caracterizam cada um dos distintos estágios de cura. Enquanto o sistema epóxi-amina se caracteriza por uma cinética de reação rápida, o sistema epóxi-anidrido apresenta cinética de reação lenta, sendo necessária a adição do acelerador para acelerar a reação, que é otimizada em altas temperaturas. O modelo cinético de Sourour-Kamal e o método Isoconversional foram aplicados respectivamente aos dados experimentais isotérmicos e não-isotérmicos de DSC para obtenção de constantes de reação do sistema. Os resultados encontrados apresentaram excelente concordância com o descrito na teoria de que é possível detectar estágios de cura pelas técnicas de análise dielétrica e dinâmico-mecânica. Também é possível comprovar a eficácia do modelo de Sourour-Kamal, pois apresenta um excelente ajuste com os dados experimentais, enquanto o método Isoconversional, é eficiente na previsão do tempo de cura isotérmico de resinas epoxídicas a partir de dados experimentais não-isotérmicos. As energias de ativação encontradas para as resinas epóxi-amina e epóxi-anidrido tem correspondência com o descrito na literatura. Conclui-se que as técnicas analíticas utilizadas neste trabalho são complementares entre si. / The commercial and scientific applications of epoxy resins depend upon the combination between resin/curing agents/catalyst, turning it a reactive system relatively complex, whose cure parameters determination is a multivariable problem of time, temperature and reagents concentration. It is necessary the knowledge of its curing kinetics mechanism to obtain the best mechanical, electrical and thermal properties, aiming at get high performance epoxy resins. The analytical techniques mostly used in cure determination of epoxy resins as well as in other polymeric thermoset resins are the Differential Scanning Calorimetry (DSC) and the Dynamic Mechanical Analysis (DMA). In this work, two reactive systems were analyzed: the first, based on DGEBA resin with aliphatic amine hardener; the second, composed by DGEBA resin cured by anhydride hardener and tertiary amine catalyst. It is presented the methodology used to determinate the kinetics parameters for the two epoxy systems utilizing isothermal and non-isothermal analysis by Differential Scanning Calorimetry; isothermal analysis by Dynamic Mechanical Analysis, and complementarly Rheological analysis and Dielectric Analysis for determining gelation and vitrification times which describe each one of distinct cure steps. The epoxy-amine system is characterized by a fast reaction kinetic, while the epoxy-anhydride system presents low reaction kinetic, being necessary the addiction of a catalyst for accelerating the reaction, which is improved at high temperatures. The kinetic model of Sourour-Kamal and the Isoconversional method were applied to obtain the kinetics parameters to the isothermal and non-isothermal DSC data, respectively. The experimental results presented good agreement with the theory, making possible to detect the cure stages by dielectric and dynamic mechanical analyses. It is also observed the efficiency of Sourour- Kamal model, because it presented an excellent fitting with the experimental data, while the Isoconversional method is efficient to predict the isothermal cure time by the non-isothermal experimental data. The calculated activation energies for both epoxy-amine and epoxyanhydride resins have agreed with the literature values. The DMA and DEA analytical techniques are complementary between themselves.

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