Made available in DSpace on 2015-06-17T19:34:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:47:26Z : No. of bitstreams: 1 000829736.pdf: 1859346 bytes, checksum: ac12f4b0269718c847e0aa061aeef3c4 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta tese apresenta um novo conceito de dispositivo microfluídico flexível, utilizando a borracha natural como material alternativo, de baixo custo, flexível e elástico, para a preparação de plataformas lab-on-a-chip. A preparação do dispositivo é realizada com a dispersão do látex sobre o molde. Este é construído em placas de acrílico (PMMA - Poli-metilmetacrilato) contendo a configuração do dispositivo. O látex deve recobrir toda a estrutura, utilizando o método casting. Posteriormente, o molde contendo látex é submetido a tratamento térmico para a formação das membranas de borracha natural. As membranas retiradas do molde replicam a configuração do dispositivo em sua superfície. Filmes de policloreto de vinil (PVC) são utilizados como recobrimento interno a fim de evitar a absorção de água e a liberação de composição proteica das membranas de borracha natural. Os dispositivos flexíveis de borracha natural foram implementados como sensores óptico e eletroquímicos, utilizando fibras de carbono flexíveis como eletrodos internos. Torna-se importante ressaltar que as membranas de borracha natural são transparentes (quando consideradas a região vísivel do espectro eletromagnético), bem como biocompatíveis, possibilitando a combinação de propriedades mecânicas, ópticas e biológicas num único dispositivo. Por meio das análises eletroquímicas, demonstrou-se que possuem boa estabilidade e resistência quando submetidos a testes prolongados, mantendo a característica da curva de potencial, bem como o curto intervalo de tempo necessário para atingir a corrente estacionária durante os processos eletroquímicos. Em segunda instância, utilizaram-se os microdispositivos de borracha natural como microreatores para a síntese de nanopartículas de magnetita (Fe3O4) decoradas com nanopartículas de ouro (FeO4-AuNPs). A síntese de partículas decoradas (Fe3O4-AuNPs) mostrou-se efetiva, obtendo relativo grau... / This thesis reports a new concept of flexible microfluidic device, using natural rubber as alternative material, flexible and stretchable, for based-plataforms of lab-on-a-chip-devices. The device preparation is carried out dropping the latex over the mold, supported on acrylic dishes, containing the configuration of the device. The latex should cover the entire structure by casting method and, subsequentely subjecting it to thermal treatment to form the natural rubber membranes. The membranes demolded should replicate the configuration of the device on its surface. Poly(vinyl chloride) (PVC) films are implement as covering layer on internal surface, avoiding thw water absorption e protein compounds leaching from natural rubber membranes. The flexible devices of natural rubber were implemented as optical and electrochemical sensors, using flexible carbon fibers as electrodes internal electrodes. Becomes important emphasize, that the natural rubber membranes are transparent when considering the visible region in the electromagnetic sprectrum as well as it is biocompatible, allowing the combination of mechanical, optical and biological properties in a single device. Rely on electrochemical analysis devices demonstrate good stability and resistance for long term stability maintaining the characteristic curve of potential as well as a short interval of time necessary to reach the stationary current for each electrochemical process. In a second instance, we used the natural rubber-based microfluidic as microreactor for the synthesis of magnetic nanoparticles (Fe3O4) decorated with gold nanoparticles (Fe3O4-AuNPs). The synthesis of decorated nanoparticles (Fe3O4-AuNPs) shows effectiveness in order to obtain high degree of homogeneity on gold nanoparticles distribution over the surface of magnetite particles, reaching averages sizes of 6.3 nm / FAPESP: 2011/23362-0

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-13T19:27:01Z No. of bitstreams: 1 2017_IzabelCastrodeAbreuNeta.pdf: 7866003 bytes, checksum: 827e890a96e15ac432031c4bc99a8244 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-11-23T19:04:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_IzabelCastrodeAbreuNeta.pdf: 7866003 bytes, checksum: 827e890a96e15ac432031c4bc99a8244 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-23T19:04:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_IzabelCastrodeAbreuNeta.pdf: 7866003 bytes, checksum: 827e890a96e15ac432031c4bc99a8244 (MD5) Previous issue date: 2017-11-23 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). / Este trabalho apresenta um estudo experimental do reforço de pilares de concreto armado, com seção transversal de 120 mm x 250 mm, altura de 2500 mm, com a utilização de lâminas de Polímeros Reforçados com Fibra de Carbono (PRFC), em inglês Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP), através da técnica NSM (Near Surface Mounted). A técnica de reforço, consiste na instalação do CFRP internamente em aberturas executadas na camada de cobrimento do concreto. Os pilares foram reforçados na face tracionada e na face comprimida, e submetidos a flexo-compressão normal. Para avaliação do comportamento dos pilares, da eficiência e eficácia da técnica de reforço, elaborou-se um programa experimental com 8 pilares. As variáveis consideradas no estudo foram, a excentricidade de aplicação de carga, na direção de menor inércia da seção transversal, e a aplicação ou não do reforço. Para cada variação de excentricidade, um modelo foi reforçado e o outro usado de referência. Resultados de força de ruína; deslocamentos; fissuração; deformações no concreto, aço e reforço foram comparados. Os resultados de força última foram ainda comparados com os estimados pelas normas: ANBT NBR 6118:2014, ACI 318:2014 e fib Model Code 2010, considerando a eficiência total do reforço. Os resultados obtidos experimentalmente mostraram que a técnica aplicada é eficiente, resultando em ganho na capacidade de carga. Esse ganho aumenta com o aumento da relação da excentricidade relativa. No entanto, os pilares C40S, C50S e C60S apresentaram ruptura prematura, por descontinuidade do reforço nas extremidades, não sendo possível verificar a eficiência total da técnica de reforço. O reforço resultou em incrementos na capacidade de resistência de 14,7%, 18,8%, 16,7% e 37,3%, respectivamente, em relação aos pilares de referência. A técnica de reforço NSM apresentou eficiência por evitar o modo de ruptura por descolamento do reforço, evidenciando que para pilares submetidos a flexo-compressão não ocorre este modo de ruptura. / This work presents an experimental studies of reinforced concrete columns, with cross section of 120 mm x 250 mm and height of 2500 mm, using Carbon Fiber Reinforced Polymer strips (CFRP), through the NSM (Near Surface Mounted) technique. The strengthened technique consists of installing the CFRP internally in openings executed in the cover layer of the concrete. The columns were strengthened on the tensile face and on the compressed face, under combined axial load and bending. To evaluate the behavior of the columns, the efficiency and the effectiveness of the strengthened technique, an experimental program with 8 columns was elaborated. The variables considered in the study were, the eccentricity of load application, in the direction of lesser inertia of the cross section, and the application or not of the strengthened. For each variation of eccentricity, one model was strengthened and the other used reference. Results of ultimate force, displacements, cracking, strains in concrete, steel and strengthened were compared. The experimental ultimate load results were compared to the values obtained by the codes: ANBT NBR 6118: 2014, ACI 318: 2014 and fib MODEL CODE 2010, considering the total efficiency of the strengthened. Experimentally results obtained showed that the applied technique is efficient, resulting in gain in the load capacity. This gain increases with the relative eccentricity increase. However, the columns C40S, C50S and C60S showed premature rupture due to discontinuity of the strengthened at the ends, and it was not possible to verify the total efficiency of the strengthened technique. The strengthening resulted in increases in the resistance capacity of 14,7%, 18,8%, 16,7% and 37,3%, respectively, in relation to the reference columns. The NSM strengthened technique showed efficiency by avoiding the rupture mode by strengthening debonding, evidencing that for columns submitted to flexo-compression this rupture mode does not occur.

Orientador: Edson Cocchieri Botelho / Coorientador: Luiz Claúdio Pardini / Banca: Michelle Leali Costa / Banca: Choyu Otani / Banca: Antonio Lancelotti Junior / Banca: Maria Luisa Gregori / Resumo: Os compósitos termoestruturais de carbono reforçados com fibras de carbono (CRFC) apresentam propriedades termo-mecânicas adequadas para aplicações a altas temperaturas (1000 a 2800ºC). Estes materiais tem sido utilizados em componentes aeroespaciais, tais como, gargantas de tubeiras de foguete, freios de aeronaves e escudos de reentrada. O processo de manufatura desses materiais, entretanto, é complexo, envolvendo multi-etapas que culminam em uma massa específica adequada com um mínimo de porosidade. O trabalho tem como objetivo correlacionar parâmetros e eficiência de processo como uma ferramenta de controle de qualidade. Compósitos CRFC foram obtidos a partir de preformas tridirecional (3D) e tetradirecional (4D), por meio de sucessivos ciclos iterativos de densificação, que envolveram etapas de impregnação, que correspondem ao preenchimento de poros com resina fenólica, carbonização a 1000ºC e grafitização a 2000ºC. Medidas e cálculos de percentual de vazios ao final de cada etapa de densificação foram realizadas e os resultados comparados com valores teóricos. Análises por difração de raios-X e espectroscopia Raman indicaram que a matriz carbonosa teve sua estrutura cristalina alterada no processo de densificação, quando a temperatura de tratamento térmico muda de 1000 oC para 2000 oC. As etapas de processamento do compósito CRFC foram monitoradas por meio dos ensaios de resistividade elétrica e por tomografia computadorizada de raios-X. A diminuição do volume de porosidade, como conseqüência da incorporação contínua de matriz carbonosa nos compósitos, resultou na diminuição da resistividade elétrica à medida que o número de etapas de processo em direção ao ciclo total de processo. A porosidade medida por tomografia computadorizada revelou valores... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Carbon fiber reinforced carbon matrix (CFRC) exhibits adequate thermomechanical properties for applications at high temperatures (1000-2800 °C). These materials have been used in aerospace components such as rocket nozzle throats, aircraft brakes and reentry shields. However, the manufacturing process of these materials is complex and involves multi-step proceeding which results in an adequate density with a minimum porosity. This work aims to correlate processing parameter and related processing efficiency as a quality control tool. CFRC composites were obtained from multi-directional having three directions (3D) and four directions (4D) by means of successive and iterative cycles involving densification steps by impregnating the performs, which involves the filling of pores with a phenolic resin, carbonization at 1000 °C and graphitization to 2000 °C. Measurements and calculations of percentage of voids at individul processing steps of densification were performed and the results compared with the theoretical values. Analysis by X-ray diffraction analysis and Raman spectroscopy showed that carbonaceous matrix had its crystal structure changed over the densification process, as heat treatment temperature changes from 1000 oC to 2000 oC. The steps of processing of the CFRC composite were monitored by electrical resistivity and by X-ray computed tomography. The decrease in pore volume, as a consequence of the increase in carbon matrix volume fraction in the composites, resulted in a lower electrical resistivity, as the number of processing steps went towards to completion of total processing cycles. The porosity measured by computed tomography reveled values in between 7 and 11% and a bulk density of between 1,16 and 1,20 g/cm3 for the CFRC composites, after the sixtieth step of processing... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

As células a combustível do tipo PEMFC necessitam de alta durabilidade, eficiência e custo baixo de produção para que tenham aplicação prática. Um dos componentes da célula denominado MEA (Membrane Electrode Assembly) é composto por uma membrana trocadora de prótons e por camadas de difusão gasosa (CDG) que devem ser altamente condutores, porosos e hidrofóbicos. CDGs com alta hidrofobicidade são geralmente preparadas com revestimentos à base de Nafion® e PTFE (politetrafluoretileno) sobre a superfície do substrato (polímero reforçado com fibra/papel de carbono). No entanto, alguns estudos têm demonstrado que o desempenho das CDG’s tende a diminuir com o aumento de PTFE na superfície. O presente trabalho apresenta um método de tratamento superficial através de modificação assistida por radiação UV na presença do agente hidrofóbico Trimetóxipropilsilano (TMPSi). Foram realizadas modificações superficiais inserindo grupos hidrofóbicos na superfície da CDG por meio da imersão da mesma em H2O2 10% por 2 minutos, seguida da irradiação (254 nm) na presença de TMPSi por 60 e 120 min. Aplicou-se também um tratamento térmico a 80 °C por 120 minutos após a irradiação. As amostras foram caracterizadas quanto à molhabilidade por monitoramento do ângulo de contato (WCA - water contact angle), que evidenciou um aumento de aproximadamente 30° no WCA para as amostras. Análises de FTIR-ATR evidenciaram a evolução das ligações químicas realizadas na superfície do polímero e medidas de condutividade elétrica mostraram que houve um decréscimo menor com o tratamento superficial por foto-funcionalização hidrofóbica do que com os tratamentos a base de PTFE. Os resultados evidenciaram a eficiência do tratamento proposto para a produção de CDGs hidrofóbicas em alternativa aos tratamentos convencionais com PTFE e a um custo reduzido. / The PEMFC type fuel cell requires high durability, efficiency and low production cost to achieve wide-spread practical application. One of the components of the cell, called MEA (Membrane Electrode Assembly), comprises a proton exchange membrane and gas diffusion electrodes (GDL) that must be highly conductive, porous and hydrophobic. The highly hydrophobic GDL are usually prepared with coatings based on PTFE (polytetrafluoroethylene) on the surface of the substrate (fiber reinforced polymer/carbon paper), even though some studies have shown that the performance of CDG's tends to decrease with increasing PTFE surface. This work focuses on a surface treatment method assisted by UV radiation in the presence of a hydrophobic agent (trimetoxipropylsilane - TMPSi). Surface modifications were carried out by inserting hydrophobic groups on the surface of CDG by its immersion on 10% H2O2 solution for 2 min, followed by irradiation (254 nm) in the presence of TMPSi for 60 and 120 min. A heat treatment, 80 °C for 120 min, was also applied after irradiation. The samples were characterized, among others, by WCA (water contact angle) which showed an increase of nearly 30°, whereas FTIR-ATR showed change in chemical bonds on the polymer surface. Conductivity measurements showed higher values with the hydrophobic photo-functionalization surface treatment than the treatments based on PTFE. The results evidenced the effectiveness of the proposed treatment for the production of hydrophobic CDGs as an alternative to conventional PTFE treatments and at low cost.

Células a combustível de membrana trocadora de prótons (PEMFC) são dispositivos promissores para a conversão de energia em aplicações portáteis e estacionárias. Seu desempenho é fortemente influenciado pelas características da sua camada de difusão de gás (GDL), tais como morfologia, condutividade elétrica, porosidade, estabilidade química e resistência mecânica. A GDL também deve mostrar um equilíbrio entre hidrofobicidade e hidrofilicidade para garantir que o sistema operacional da célula funcione sem obstrução das vias de fluxo de gases, mas ainda mantendo uma umidade adequada. Neste trabalho, um processo simples foi desenvolvido para produzir GDL para PEMFC, visando obter um material alternativo aos já existentes no mercado como o tecido e o papel de carbono reduzindo o custo do produto final. As GDLs foram produzidas com fibras de carbono curtas dispersas em resina poliuretana (PU), seguida de prensagem a quente. Após o processo de tratamento térmico, as GDL foram tratadas, em uma suspensão contendo nanopartículas de carbono dispersas na solução de PTFE, através do processo de dip-coating. Estudou-se a influência da razão PU: fibra de carbono, e o teor de nanopartículas de carbono Vulcan adicionado à resina PU. As GDL obtidas foram caracterizadas quanto à morfologia, condutividade elétrica, análise térmica, ângulo de contato e ensaio de tração. Os resultados mostraram que a melhor proporção de resina PU:fibra de carbono foi de 1:1, que apresentou uma menor resistividade (2,68 × 10-5 Ω.m). Nas GDLs pós-tratadas com PTFE contendo diferentes teores de nanopartículas de carbono VULCAN, o melhor resultado obtido foram das amostras do sistema de proporção PU:fibra de carbono com 0,20 g de nanopartículas de carbono Vulcan na solução de PTFE (PU1:1_0,20). Esse sistema apresentou bons resultados quanto à hidrofobicidade, apresentando ângulo de contato (105°-126°) e de resistividade (da ordem de 10-5 Ω.m). Além disso, as GDLs obtidas com adição de carbono Vulcan na resina PU (1:1) obtiveram ótimos resultados de ângulo de contato (129°-138°) e resistividade (da ordem de 10-3-10-5 Ω.m), porém com baixa resistência mecânica e em todos os sistemas estudados pode-se verificar uma boa dispersão da fibras na resina PU através da análise por MEV. Os resultados em geral indicam que o material obtido tem potencial aplicação em células do tipo PEMFC. / Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are promising devices for energy conversion for portable and stationary applications. Their performance is strongly influenced by the characteristics of their gas diffusion layer (GDL) such as morphology, electrical conductivity, porosity, chemical stability and mechanical strength. The GDL must also show a balance between hydrophobicity and hydrophilicity to ensure that the fuel cell system operates without obstruction of gas flow but maintaining adequate moisture content. In this work, a simple process was developed to produce GDL for PEMFC, seeking to obtain an alternative material whilst helping reducing the overall cost. The GDLs were produced by dispersing short carbon fibers in a polyurethane (PU) resin, followed by hot pressing/curing and dip-coating in a suspension of carbon nanoparticles in PTFE solution. After the curing process, the GDL’s were treated in a suspension containing carbon nanoparticles in a solution of PTFE, used for dip-coating process. The influence of PU/carbon fiber ratio and the content of Vulcan carbon powder added to the PU resin were studied. The influence of the content of Vulcan carbon powder added to the PTFE solution for the GDL’s post-treatment was also addressed. The GDL’s obtained were characterized regarding morphological (by SEM), electrical conductivity, thermal analysis, contact angle and tensile test. The following parameters were studied: the PU amount in the carbon fiber, and the content of Vulcan carbon powder in the PTFE solution and in the PU resin, focusing on the final homogeneity and electrical conductivity of the system. The results showed that the most suitable PU resin:carbon fiber ratio was 1:1, which showed the lowest resistivity (2.68 × 10-5 Ω.m). When this sample was post-treated with PTFE using different amounts of Vulcan carbon powder and immersion times, the best result was obtained for the sample with 0.20 g of carbon Vulcan nanoparticles in the solution of PTFE (PU1:1_0,20). This system showed good hydrophobicity results, contact angle (105°-126°), and resistivity in the order of 10-5 Ω.m. Besides, the GDL obtained by adding carbon Vulcan in the PU resin (1:1) showed excellent results for contact angle (129°-138°) and resistivity (~10-4 Ω.m), even though the mechanical strength was low and all the studied systems showed good fiber dispersion in PU resin as verified by SEM analysis. In general, the results indicate that the obtained material has potential use in PEMFC.

Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

A utilização de Polímeros Reforçados com Fibras (PRF) no reforço de estruturas de concreto armado começou a ser investigada na década de 70 e se consolidou como uma atraente alternativa para utilização em obras civis, principalmente em casos onde ambientes agressivos impedem a utilização de materiais susceptíveis à corrosão, como o aço. Com o passar dos anos, diferentes técnicas de reforço que utilizam sistemas PRF formados com fibras de carbono envolvidas em matriz epoxídica (PRFC) têm sido aplicadas a estruturas que necessitam aumentar recuperar sua capacidade resistente. Apesar dos bons resultados obtidos e das vantagens associadas a estas técnicas, estudos experimentais mostram que a ruptura das estruturas reforçadas freqüentemente acontece de forma prematura, sem o esgotamento da capacidade resistente do PRFC. Apesar dos inúmeros desenvolvimentos positivos referentes à utilização de PRFC em estruturas civis, considera-se que existem diversas possibilidades de avanço, ainda pouco exploradas, que podem favorecer uma utilização mais eficiente, segura e racional dos sistemas PRF. Sendo assim, o principal objetivo deste trabalho é estudar a potencialidade e eficiência de algumas alternativas de emprego da técnica de reforço por colagem de PRF, com análise dos efeitos de variação dos materiais e utilização da técnica de protensão. O programa experimental foi dividido em duas etapas: A primeira, com o objetivo de comparar o desempenho de vigas reforçadas à flexão com fibras carbono, vidro e aramida, foi analisada através de ensaios à flexão com carregamento estático. A segunda, com objetivo de analisar a eficiência da técnica de protensão de compósitos laminados, foi analisada através de ensaios à flexão com carregamento estático e cíclico. Os resultados experimentais foram também comparados com os dados obtidos através de um modelo analítico que considera um comportamento tri-linear para as curvas momento versus curvatura. Os dados obtidos possibilitaram a análise das qualidades e fraquezas dos sistemas de reforço estudados, permitindo que se indique a melhor solução de acordo com as condições as quais a estrutura está submetida. / The use of Fiber Reinforced Polymers (FRP) to post-strengthen concrete structures started to be investigated in the mid-1970s and today is recognized as an attractive technique to be used in civil structures, especially when aggressive environments prevent the use of materials that are susceptible to corrosion, such as steel. Different FPR post-strengthening techniques have been developed and applied in existing structures aiming to increase their load capacity. Most of the FRP systems used nowadays consist of carbon fibers embedded in epoxy matrices (CFRP). Regardless of the advantages and the good results shown by the CFRP poststrengthen technique, experimental studies show that, in most cases, the failure of poststrengthened structures is premature. It means that, in such cases, only a small part of the high strength offered by carbon fibers is used. Despite the positive developments regarding the use of FRP in civil structures, some new possibilities are being considered to provide a more efficient, safe and rational use of FRP systems. The main purpose of this thesis is to analyze the effects of the fiber type replacement and the composite prestressing in the performance of the FRP post strengthening technique. The experimental program was organized in two stages. The objective of the first stage is to compare the behavior of reinforced concrete beams post-strengthened with Carbon, Aramid and Glass Fiber Reinforced Polymers (CFRP, AFRP, GFRP) subjected to static loading tests. The objective of the second stage is to analyze the efficiency of the FRP post-tensioning technique applied to reinforced concrete slabs by means of cyclic and static loading tests. Experimental results were also compared to the ones obtained through an analytical model that considers a tri-linear behavior for moment versus curvature curves. These experimental results allow the analysis of the quality and shortcomings of post-strengthen systems studied and make possible the identification of the more suitable post-strengthening solution to each circumstance.

Atualmente, a necessidade de reabilitação estrutural tem se tornado cada vez mais freqüente. Desde o advento do concreto, diversas metodologias de reabilitação estrutural vêm sendo desenvolvidas e aplicadas; e têm tornado-se cada vez mais sofisticadas. A aplicação de compósitos de fibra de carbono no reforço de estruturas de concreto armado, representa o que há de mais moderno neste importante segmento da engenharia estrutural. Apesar das inúmeras vantagens de sua aplicação, a incorporação de um material, até então estranho ao meio da engenharia estrutural convencional, tem merecido especial atenção por parte dos pesquisadores envolvidos neste segmento. Este estudo tem por objetivo, portanto, explorar as principais implicações estruturais da aplicação dos compósitos de fibra de carbono no reforço externo de vigas de concreto armado. Para tanto, tornou-se necessária a implementação de um amplo programa de investigação, fundamentalmente experimental, baseada na realização de ensaios de flexão em vigas de concreto armado, reforçadas à flexão e ao cisalhamento, com dois tipos de sistemas de reforço. De modo a permitir uma análise ampla das evidências experimentais alcançadas através da condução do programa experimental, realizou-se uma profunda revisão da literatura disponível acerca do assunto. O programa experimental foi dividido em dois grupos O primeiro, composto por 14 vigas, reforçadas à flexão e o segundo, composto por 30 vigas, reforçadas ao cisalhamento. Em ambos os grupos, empregaram-se dois tipos de sistema de reforço (laminados pré-fabricados e mantas flexíveis pré-impregnadas). O procedimento de ensaio, idealizado e implementado especialmente para a condução do programa experimental da presente tese, foi totalmente controlado por computador, conferindo, assim, maior confiabilidade aos ensaios. Em cada um dos grupos, analisaram-se, além dos modos e cargas de ruptura, deformações específicas, deslocamentos e distribuição de tensões. Finalmente, estes resultados são discutidos e avaliam-se modelos analíticos que permitam simular o comportamento destas estruturas.

Células a combustível de membrana trocadora de prótons (PEMFC) são dispositivos promissores para a conversão de energia em aplicações portáteis e estacionárias. Seu desempenho é fortemente influenciado pelas características da sua camada de difusão de gás (GDL), tais como morfologia, condutividade elétrica, porosidade, estabilidade química e resistência mecânica. A GDL também deve mostrar um equilíbrio entre hidrofobicidade e hidrofilicidade para garantir que o sistema operacional da célula funcione sem obstrução das vias de fluxo de gases, mas ainda mantendo uma umidade adequada. Neste trabalho, um processo simples foi desenvolvido para produzir GDL para PEMFC, visando obter um material alternativo aos já existentes no mercado como o tecido e o papel de carbono reduzindo o custo do produto final. As GDLs foram produzidas com fibras de carbono curtas dispersas em resina poliuretana (PU), seguida de prensagem a quente. Após o processo de tratamento térmico, as GDL foram tratadas, em uma suspensão contendo nanopartículas de carbono dispersas na solução de PTFE, através do processo de dip-coating. Estudou-se a influência da razão PU: fibra de carbono, e o teor de nanopartículas de carbono Vulcan adicionado à resina PU. As GDL obtidas foram caracterizadas quanto à morfologia, condutividade elétrica, análise térmica, ângulo de contato e ensaio de tração. Os resultados mostraram que a melhor proporção de resina PU:fibra de carbono foi de 1:1, que apresentou uma menor resistividade (2,68 × 10-5 Ω.m). Nas GDLs pós-tratadas com PTFE contendo diferentes teores de nanopartículas de carbono VULCAN, o melhor resultado obtido foram das amostras do sistema de proporção PU:fibra de carbono com 0,20 g de nanopartículas de carbono Vulcan na solução de PTFE (PU1:1_0,20). Esse sistema apresentou bons resultados quanto à hidrofobicidade, apresentando ângulo de contato (105°-126°) e de resistividade (da ordem de 10-5 Ω.m). Além disso, as GDLs obtidas com adição de carbono Vulcan na resina PU (1:1) obtiveram ótimos resultados de ângulo de contato (129°-138°) e resistividade (da ordem de 10-3-10-5 Ω.m), porém com baixa resistência mecânica e em todos os sistemas estudados pode-se verificar uma boa dispersão da fibras na resina PU através da análise por MEV. Os resultados em geral indicam que o material obtido tem potencial aplicação em células do tipo PEMFC. / Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are promising devices for energy conversion for portable and stationary applications. Their performance is strongly influenced by the characteristics of their gas diffusion layer (GDL) such as morphology, electrical conductivity, porosity, chemical stability and mechanical strength. The GDL must also show a balance between hydrophobicity and hydrophilicity to ensure that the fuel cell system operates without obstruction of gas flow but maintaining adequate moisture content. In this work, a simple process was developed to produce GDL for PEMFC, seeking to obtain an alternative material whilst helping reducing the overall cost. The GDLs were produced by dispersing short carbon fibers in a polyurethane (PU) resin, followed by hot pressing/curing and dip-coating in a suspension of carbon nanoparticles in PTFE solution. After the curing process, the GDL’s were treated in a suspension containing carbon nanoparticles in a solution of PTFE, used for dip-coating process. The influence of PU/carbon fiber ratio and the content of Vulcan carbon powder added to the PU resin were studied. The influence of the content of Vulcan carbon powder added to the PTFE solution for the GDL’s post-treatment was also addressed. The GDL’s obtained were characterized regarding morphological (by SEM), electrical conductivity, thermal analysis, contact angle and tensile test. The following parameters were studied: the PU amount in the carbon fiber, and the content of Vulcan carbon powder in the PTFE solution and in the PU resin, focusing on the final homogeneity and electrical conductivity of the system. The results showed that the most suitable PU resin:carbon fiber ratio was 1:1, which showed the lowest resistivity (2.68 × 10-5 Ω.m). When this sample was post-treated with PTFE using different amounts of Vulcan carbon powder and immersion times, the best result was obtained for the sample with 0.20 g of carbon Vulcan nanoparticles in the solution of PTFE (PU1:1_0,20). This system showed good hydrophobicity results, contact angle (105°-126°), and resistivity in the order of 10-5 Ω.m. Besides, the GDL obtained by adding carbon Vulcan in the PU resin (1:1) showed excellent results for contact angle (129°-138°) and resistivity (~10-4 Ω.m), even though the mechanical strength was low and all the studied systems showed good fiber dispersion in PU resin as verified by SEM analysis. In general, the results indicate that the obtained material has potential use in PEMFC.

Atualmente, a necessidade de reabilitação estrutural tem se tornado cada vez mais freqüente. Desde o advento do concreto, diversas metodologias de reabilitação estrutural vêm sendo desenvolvidas e aplicadas; e têm tornado-se cada vez mais sofisticadas. A aplicação de compósitos de fibra de carbono no reforço de estruturas de concreto armado, representa o que há de mais moderno neste importante segmento da engenharia estrutural. Apesar das inúmeras vantagens de sua aplicação, a incorporação de um material, até então estranho ao meio da engenharia estrutural convencional, tem merecido especial atenção por parte dos pesquisadores envolvidos neste segmento. Este estudo tem por objetivo, portanto, explorar as principais implicações estruturais da aplicação dos compósitos de fibra de carbono no reforço externo de vigas de concreto armado. Para tanto, tornou-se necessária a implementação de um amplo programa de investigação, fundamentalmente experimental, baseada na realização de ensaios de flexão em vigas de concreto armado, reforçadas à flexão e ao cisalhamento, com dois tipos de sistemas de reforço. De modo a permitir uma análise ampla das evidências experimentais alcançadas através da condução do programa experimental, realizou-se uma profunda revisão da literatura disponível acerca do assunto. O programa experimental foi dividido em dois grupos O primeiro, composto por 14 vigas, reforçadas à flexão e o segundo, composto por 30 vigas, reforçadas ao cisalhamento. Em ambos os grupos, empregaram-se dois tipos de sistema de reforço (laminados pré-fabricados e mantas flexíveis pré-impregnadas). O procedimento de ensaio, idealizado e implementado especialmente para a condução do programa experimental da presente tese, foi totalmente controlado por computador, conferindo, assim, maior confiabilidade aos ensaios. Em cada um dos grupos, analisaram-se, além dos modos e cargas de ruptura, deformações específicas, deslocamentos e distribuição de tensões. Finalmente, estes resultados são discutidos e avaliam-se modelos analíticos que permitam simular o comportamento destas estruturas.