Orientador: Sergio Persio Ravagnani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-07-25T18:42:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_AndreaMileneApolinario_M.pdf: 2528475 bytes, checksum: 0beb202471c0196e9d5a236b08fe976b (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Os estudos relacionados ao processo de fabricação de fibras de carbono indicam que a etapa de estabilização termo-oxidativa das fibras precursoras é a limitante, envolvendo reações complexas e mudanças na estrutura fisica das fibras. Com o objetivo de se conhecer melhor a etapa de estabilização e eliminar gastos em testes experimentais, a modelagem e a simulação surgiram para otimizar com eficiência nesta etapa. Apresenta-se neste trabalho uma modelagem matemática para o processo de estabilização. O feixe de fibras de poliacrilonitrila (PAN) é modelado como um sólido homogêneo, com as principais reações químicas de estabilização: a ciclização do grupo nitrila, a desidrogenação da ligação carbono-carbono e a oxidação. As equações que descrevem o modelo são baseadas nas velocidades das reações químicas, nos balanços de massa em espécies reagindo, na difusão de oxigênio radial e na transferência de calor radial no feixe. O sistema de equações do modelo foi resolvido com a aplicação do Método de Colocação Ortogonal, que discretiza a variável espacial e o Método de Runge-Kutta Semi- Implícito, que integra as equações na dimensão de tempo. Os resultados de concentrações e temperaturas obtidos pela simulação apresentaram um comportamento coerente com os resultados experimentais da literatura. Finalmente, utilizou-se o modelo para verificar os parâmetros que influenciam a estabilização. O processo foi otimizado com boas co ndiçõesde transferência de calor, menor número de filamentos no feixe ou baixas temperaturas de estabilização / Abstract: Studies related to the rnanufacture of carbon fibers indicate that the thermo-oxidative stabilization of precursor fibers is the slowest step, due to the complex reactions and changes in the physical structure of fibers. In order to know the stabilization step and eliminate expenses in experimental tests, modeling and simulation have been efficiently used to optimize this step. This work reports a mathematical modeling for the process of stabilization. The undle of polyacrylonitrile fibers (PAN) is modeled as a homogeneous solid, with the following chemical reactions: cyclization of the nitrile groups, dehydrogenation of carbon-carbon bonds and oxidation. The equations that describe the model are based on the chemical reactions rates, reacting species mass balances, radial mass and heat transfer rate within the bundle. The resulting system of equations was solved by the Orthogonal Collocation Method, and the Semi-implicit Runge-Kutta Method. The obtained results of concentrations and temperatures presented a coherent behavior with the literature experimental results. Finally, the model has been utilized to find which parameters influence the stabilization, and determine obtaining the best operation conditions / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: Edison Bittencourt, Jose Luis Gomes da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T02:26:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Del'ArcoJunior_AntonioPascoal_D.pdf: 2712190 bytes, checksum: 7db6e51e7d36616df45b6529930ce923 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: A utilização de fibras de carbono em compósitos estruturais torna necessário o conhecimento dos fenômenos envolvidos durante sua obtenção. O estudo da estabilização oxidativa da poliacrilonitrila (PAN) é fundamental pois nessa etapa, a fibra torna-se susceptível a transformações morfológicas que influenciam diretamente as propriedades das fibras de carbono. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e otimização do processo de obtenção da PAN oxidada (PANOX) a partir da poliacrilonitrila, por meio de um conjunto de técnicas de caracterização para monitorização do processo e da proposta de um modelo matemático de difusão do oxigênio durante a estabilização oxidativa. O controle das reações químicas, das modificações morfológicas e estruturais, durante a estabilização oxidativa, foram acompanhadas por programas analíticos. Técnicas de espectrometria no infravermelho, ressonância magnética nuclear e análise elementar orgânica foram utilizadas para a avaliação das propriedades químicas. Temperaturas de transição vítrea (Tg) e ciclização, fluxo de calor, perda de massa e estabilidades térmica e dimensional foram obtidas por análises térmicas. Índice de aromatização, ordenamento lateral e índice de cristalinidade foram obtidos por difração de raios-X. A concentração de oxigênio reagido foi monitorizada por determinação de massa específica e observação da seção transversal das fibras por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e relacionada com as propriedades mecânicas das fibras de carbono / Abstract: The utilization of carbon fibres in structural composites makes necessary the knowledge of the involved fenomena during its production. It is important to study the oxidative stabilization of Polyacrylonitrile (PAN), since at this stage the fiber becomes susceptive to morphological transformations that affect directly the carbon fibers properties. The aim of this work was to develop and opmize the process of obtaining oxidized PAN (PANOX) from polyacrylonitrile by means of characterization techniques to monitorate the process, and the proposal of a mathematical model of oxygen diffusion during the oxidative stabilization. Analytical techniques were used to follow up chemical reactions and the structural and morphological changes. Infra-red spectroscopy, nuclear magnetic resonance and elemental analysis technique were used to evaluate the chemical properties. Glass transition temperature (Tg) e ciclyzation, heat flow, weight loss and thermal and dimensional stability were determined by thermal analysis. Aromatization and crystalinity indices and lateral ordering were obtained by X-ray diffraction. The reacted oxygen concentration, was monitored by the determination of the fiber density and the observation of transversal section of the fibers by the carbon fibers / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

Orientadores: Sergio Persio Ravagnani, Antonio Pascoal Del'Arco Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:29:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_AndreaMileneApolinarioRosa_D.pdf: 5798658 bytes, checksum: 4d589d5dc6cd528a09de13387e1ce222 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Foi realizado no presente trabalho um estudo sobre a estabilização termo-oxidativa das fibras de poliacrilonitrila (P AN). A etapa de estabilização termo-oxidativa das fibras precursoras é limitante no processo de fabricação de fibras de carbono, envolvendo reações químicas complexas e mudanças na estrutura física das fibras. Desta forma, é de grande importância ampliar o conhecimento sobre a estabilização termo-oxidatíva, para urna melhor compreensão dos fenômenos envolvidos e busca de parâmetros que permitam ampliar a qualidade e diminuir o custo do processo. Os objetivos deste trabalho foram analisar a etapa de estabilização termo-oxidativa das fibras P AN através de um modelo matemático para os fenômenos que ocorrem durante a transformação de P AN em fibras estabilizadas oxidativamente (P ANOX), simular os resultados e comparar os dados simulados com os dados experimentais, para verificar o ajuste do modelo. Foi desenvolvido um modelo matemático para a etapa de estabilização de uma fita de fibras PAN. As equações do modelo descrevem as principais reações químicas de estabilização, a difusão de oxigênio e a transferência de calor na fita. Para a resolução do modelo foi desenvolvido um programa computacional na linguagem Fortran, utilizando os métodos de Colocação Ortogonal e Runge-Kutta Semi-implícito. Foram obtidos resultados de perfis de temperaturas e de composições na fita de fibras P AN em função do tempo de estabilização e da posição na espessura da fita. Um modelo de Redes Neurais foi proposto a partir do conjunto de dados obtidos pela simulação da etapa de estabilização de feixes e de fitas de fibras P AN. As redes encontradas ajustaram de modo bastante satisfatório o conjunto de dados fornecido. A estabilização experimental de fitas de fibras P AN foi conduzi da em um forno existente no Laboratório de Divisão de Materiais do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do Centro Técnico Aeroespacial (CT A). Os perfis de temperatura do forno e da fita de fibras foram determinados utilizando-se termopares acoplados ao conjunto de fibras e em cada zona do forno. Algumas amostras da fita foram retiradas durante o processo para a caracterização, utilizando-se as técnicas de análise elementar orgânica e ressonância magnética nuclear, para a determinação da composição das fibras, além da determinação da massa específica para o acompanhamento da qualidade da estabilização. A fibra P ANOX obtida apresentou massa específica de 1,4 g/cm3, o que confirma a eficiência da estabilização. As diferenças observadas entre as respostas simuladas e experimentais (tanto para os perfis de temperatura quanto para os perfis de composições da fita), indicaram que o modelo fenomenológico utilizado representa razoavelmente bem o processo / Abstract: The present work presents a study related to the thermo-oxidative stabilization of polyacrylonitrile fibers. The thermo-oxidative stabilization stage is the limiting step in manufacturing process of carbon fibers, involving eomplex chemical reactions and changes in physical structure of fibers. In this way, it is very important to inerease knowledge about thermo-oxidative stabilization in order to get a better eomprehension of the phenomenon involved, finding parameters to aIlow quality improvement and reducing process costs. The objectives of this work were to analyze the stage of thermo-oxidative stabilization of polyacrylonitrile fibers (P AN) through a mathematical model to deseribe the phenomenon tç.at occurs during the transformation in stabilized PAN fibers (PANOX), to simulate the results and to compare them with the experimental data. The mathematieal model was developed for the stabilization process of a strip of polyacrylonitrile fibers. The model equations deseribe the main chemieal reactions of stabilization, oxygen diffusion and heat transfer in the strip. For the solution of the model was developed a Fortran program, using Orthogonal Col1oeation and Semi-implicit Runge- Kutta methods. The results of temperatures and eompositions Ín the strip of polyacrylonitrile fibers were obtained in funetion of the stabilization time and position in the thickness of the strip. A Neural Network model was proposed starting from the group of data obtained by simulating of the stabilization stage of bundles and strips of P AN fibers. The neural networks were adjusted in a quite satisfactory way to the supplied group of data. The experimental stabilization of strips of P AN fibers was carried out using an oven in the laboratory of MateriaIs Division of the Institute of Aeronautics and Spaee (IAE) of the Aerospace Teehnical Center (CT A). The oven and strip temperature profiles were determinated using thermocouple probes coupled to the group of fibers and for each zone of the oven. Some samples of the strip were coIlected during the process for charaeterization, utilizing organic elementary analysis and nuclear magnetic resonance techniques for determination of composition fibers, and density determination for stabilization quality control. The P ANOX fiber obtained presented density of 1.4 g/cm3 that indicates good quality of stabilization. The experimental results (for both temperatures and compositions of the strip) showed good agreement with computer simulations / Doutorado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Edison Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-19T19:49:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Li_ShuChing_M.pdf: 4297166 bytes, checksum: 858b8f04165046d2b1156e7115c27320 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: Este trabalho teve por finalidade sintetizar, em batelada, poliacrilonitrila (PAN) através da polimerização fotoquimica radicalar de acrilonitrila (AN) em suspensão aquosa, com a geração de radicais livres a partir de fotoiniciadores sensíveis à ação da luz ultravioleta/visível.A etapa de iniciação foi realizada em um reator cilíndrico anular, com uma lâmpada de mercúrio de média pressão, coaxial à carcaça. A seguir, a carga de pré-polimero foi transferido para um reator de vidro com agitação constante, onde a polimerização prosseguiu em condições isotérmicas. Foram testados vários fotoiniciadores, cuja aplicação usual tem sido em artes gráficas, filmes e revestimentos. As sínteses foram monitoradas e analisadas através das técnicas de cromatografia gasosa (avaliação da concentração residual do monômero), GPC - cromatografia de permeação a gel (determinaçãodos pesos moleculares médios e da distribuição de pesos moleculares) e DSC - calorimetria diferencial de varredura (determinação da temperatura de transição vítrea do polímero) / Abstract: The free-raclical photochem.ical polymerization of acrylonitrile (AN) in aqueous suspension was investigated in an experimental batch system.The process consisted of two stages. In the ftrst stage, the polymerization of AN was initiated in an annular cylindric reactor containing a mercury lamp of medium pressure (inside a quartz tube) in its axis. Then, the "seeds"of polymer (pre-polymer) were transfered to a continually stirred glass reactor, where the polymerization was completed in isothermal conditions. Three photoinitiators commonly used in radiation curing industry were tested: Irgacure 651, Irgacure 184 and Daroeur 1173. During the experiments, samples of the suspension were collected and their residual monomer concentrations were analyzed through the Gas Chromatography technique. Data were also obtained through the analyses of the resulting polymers in DSC (Differential Scanning Calorimetry) and in GPC (Gel Penneation Cromotography), performed to evaluate the molecular weight averages, the molecular weight distribution (MWD)and the glass transition temperature (Tg) / Mestrado / Mestre em Engenharia Química