Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2002

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Departamento de Engenharia Mecânica. Instituto Superior de Engenharia do Porto. 2007

Na literatura aberta existem poucos trabalhos sobre a síntese e caracterização de agentes de ligação e sua aplicação na indústria de propelentes sólidos compósitos, pois estes aditivos são considerados estratégicos nas formulações, sendo a maior parte das publicações encontrada na forma de patentes. Desta forma, tomando-se por base que a adequada caracterização dos agentes de ligação é o ponto de partida para a escolha de determinada formulação de propelente para teste e verificação do efeito nas propriedades mecânicas e balísticas desse compósito, são estudados três tipos, aziridínico, amínico e o hidantoínico, por diferentes técnicas, abrangendo as de via úmida e instrumental. Dentre as principais metodologias desenvolvidas para a caracterização e quantificação desses diferentes tipos, destacam-se nesta Tese: a) um novo método, que caracterizou, por meio de calorimetria exploratória diferencial (DSC), via úmida e espectroscopia na região do infravermelho médio (MIR), a abertura de anéis característicos de agentes aziridínicos. Este método é importante para o estudo de alterações de estrutura química, envelhecimento desses compostos e caracterização de novos agentes de ligação com dois e três anéis abertos, sintetizados com matérias primas, facilmente encontradas no mercado nacional, tal como ácido 12-hidroxiesteárico. Os produtos obtidos reagem com NCO dando um poliuretano (PU) de modo similar à resina polibutadiênica hidroxilada (PBLH); b) o acompanhamento de reação por MIR, mostrando que alterações espectrométricas ocorrem somente na reação com o formaldeído, entre três tipos de aldeídos estudados, indicando a formação do produto 1,3-bis(hidroximetil) 5,5-dimetilhidantoína, em presença de água; c) a indicação de bandas analíticas, na região do infravermelho próximo (NIR), de agentes de ligação amínicos para estudos quantitativos, visando a determinação do equivalente-grama (eq-g) do TEPA, tendo boa precisão e concordância com os dados correspondentes, citados na literatura; sendo a metodologia desenvolvida, validada por DSC e potenciometria. São calculados dados de massa molar de TEPA a partir da metodologia desenvolvida para a determinação de equivalente-grama. Tais metodologias desenvolvidas nesta Tese contribuem para uma nova linha de pesquisa na Divisão de Química (AQI), a caracterização e quantificação de agentes de ligação usados em propelentes.

om o intuito de desenvolver novos compostos com potencialidade de uso como agente de ligação que possam servir de alternativa ou até mesmo substituir com vantagens o agente de ligação já utilizado no propelente PC 01, propelente utilizado no Veículo Lançador de Satélites - VLS e nos foguetes do tipo Sonda, foram sintetizados no Laboratório de Síntese (CLS) da Divisão de Química (AQI) do IAE/CTA cinco agentes de ligação: 12-hidroxiestearato de isopropilamina N-bis(2-metil-1-aziridinil)óxido de fosfina (RX); bis(2-metil-1-aziridinil)isoftalamida (BMAI); N,N-diisopropanolanilina (DIPAX); N,N'-bis-(metil etanol)sebacamida (BMES) e tetraetileno pentamina parcialmente cianoetilado (RXS). Cada um destes compostos foi sintetizado em três bateladas e cada uma delas foi submetida a análises por via úmida e/ou instrumental para obtenção de suas características, garantindo assim, o domínio e a reprodutibilidade do processo de síntese. Após as etapas de síntese e análises, as três amostras de cada composto foram misturadas entre si, obtendo um só lote homogenizado de cada composto sintetizado, que foram enviados ao setor de fabricação de propelentes. Na maceração, setor onde são produzidos os propelentes, foram feitos três propelentes com 0,4% de cada composto sintetizado nesta tese. Os propelentes obtidos, quando curados foram submetidos a ensaios mecânicos e de queima para uma avaliação preliminar dessas propriedades. Os produtos sintetizados mostraram bom potencial de aplicação como agentes de ligação em propelentes polibutadiênicos sólidos compósito. As propriedades mecânicas dos propelentes obtidos com estes materiais não puderam ser, inequivocamente, atribuídas somente a ação dos compostos sintetizados pois, foi observado que ocorreu uma variação da razão NCO/OH nestes propelentes. Entretanto, foi possível verificar que estes propelentes mostraram valores reprodutíveis de velocidade de queima.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de doutor em Engenharia Mecânica, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Um foguete é basicamente constituído de motores-foguete com a finalidade de fornecer energia por meio da combustão do propelente e impulsionar todo o conjunto, e de uma carga útil que pode ser desde um satélite de comunicações até experimentos biológicos. Internamente, o propelente é aderido ao metal ou isolante térmico por meio de um revestimento adesivo conhecido como liner. O liner é um adesivo ativado, especialmente desenvolvido para promover uma adesão adequada que garanta a integridade estrutural do grão propelente. Em sua composição, o liner possui um balanço específico de compostos que permitem a interdifusão de componentes entre as interfaces liner/propelente, de modo a promover uma ponte química entre o adesivo e o propelente. Para que o processo de interdifusão possa ocorrer é necessário que o liner não esteja completamente curado, pois um alto grau de cura interfere nesse processo, mas também não pode apresentar um grau de cura muito baixo, visto que a adição do propelente é feita na vertical e um baixo grau de cura ocasionará em um escoamento da camada adesiva. Um fator de grande importância nesse processo é o controle do tack, propriedade apresentada pelos adesivos de se aderirem ao substrato ou vice-versa imediatamente após serem postos em contato sobre uma leve pressão. O domínio desse fenômeno permite encontrar a faixa de adesão mais adequada na qual não o adesivo não escoe e que ainda seja quimicamente ativo. O tack pode ser mensurado em termos de força e energia por meio de ensaios de tração, e testes de adesão, permitindo encontrar a faixa adequada para efetuar a adição do propelente. Na presente tese de mestrado foram levantadas as curvas de tack e calculadas as energias. Testes de adesão mostraram que a faixa ideal de tack situa-se entre 120 e 180 minutos de cura do liner a 80 C, promovendo uma falha coesiva no propelente.