Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-17T18:37:47Z No. of bitstreams: 1 RUDÁ ARANHA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 11257254 bytes, checksum: 2d827010d52a9ce6d3f05b9ddf1bf617 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T18:37:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RUDÁ ARANHA – DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2017.pdf: 11257254 bytes, checksum: 2d827010d52a9ce6d3f05b9ddf1bf617 (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Os materiais compósitos são sinônimos de boas propriedades mecânicas associadas a baixo peso estrutural com vasta aplicação na área da engenharia. A partir dos avanços tecnológicos e da necessidade de desenvolvimento de novos materiais, torná-los multifuncionais surge como interesse imediato. O método mais simples para conferir multifuncionalidade a um compósito é através da introdução de inserts nos compósitos antes de sua fabricação, conferindo-os as mais variadas características, sendo importante entender as consequências geradas a partir do uso dos inserts no processamento das placas. O estudo experimental do escoamento de resina através da pré-forma e os efeitos recorrentes devido à adição dos inserts impermeáveis aos compósitos durante o processo de Moldagem por Transferência de Resina (RTM) são os objetivos deste trabalho. Neste trabalho, foram utilizados reforço de tecido de fi bra de vidro e matriz de resina poliéster na composição de placas de material compósito com dimensões de 250x250x14 mm3 com 1 e 9 inserts impermeáveis de polietileno com dimensões de 50x50x4 mm3, processadas pelos métodos de RTM Light e VARTM para futura aplicação estrutural e/ou balística. Como esperado, a introdução de inserts na pré-forma causou distúrbio no escoamento da resina durante os processamentos, sendo evidenciadas regiões super ciais em algumas das placas, acima dos inserts, onde as bras não foram molhadas. Ao fim dos processamentos foram observadas variações nas espessura das placas, sendo esta uma consequência da compactação das fi bras devido à presença dos inserts. Também foi identi cada a movimentação dos inserts quando os pontos de entrada e saída foram posicionados em planos diferentes no molde. Tal movimentação foi evitada a partir da fixação dos inserts em uma tela antes do processamento. Com o corte das placas, regiões ricas em resina próximas às laterais dos inserts foram observadas, sendo esta uma consequência do mecanismo de afastamento das fibras devido à presença dos inserts. Assim, 4 zonas foram identifi cadas nos compósitos com inserts impermeáveis embebidos. Por fim,nos ensaios de flexão em 3 pontos, falhas de delaminação por cisalhamento tipo II foram identi cadas nos corpos de prova. / Composite materials are synonymous with good mechanical properties associated with low structural weight and have a great variety of applications in the engineering area. Taking into account technological advances and the necessity to develop new materials, make them multifunctional appears as immediate interest. The simplest method to confer multifunctionality to a composite is through the introduction of inserts into the composites, giving them the most varied characteristics. It is important to understand how these inserts will a ect the fabrication process and the structural characterization of the material. The experimental analysis of the ow through the preform and the effects due to the addition of the impermeable inserts to the composite during the process of Resin Transfer Molding (RTM) are the objectives of this work. In this work, reinforcement of glass ber fabric and polyester resin matrix was used in the composition of 250x250x14 mm3 composite materials sheets with 1 and 9 polyethylene impermeable inserts with dimensions of 50x50x4 mm3, processed by the RTM Light and VARTM methods for future structural and/or ballistic application. As expected, introduction of inserts into the preform caused disturbances in resinow during processing, with surface regions in some of the plates above the inserts where the bers were not wetted. At the end of the processing, variations in the thickness of the plates were observed, being this a consequence of the bercompaction due to the presence of the inserts. The movement of the inserts was also identi ed when the resininlet and outlet were positioned on di erent planes in the mold. the inserts movimentation was prevented from attaching the inserts to a mesh before the processing.With the cutting of the plates, resin-rich regions close to the sides of the inserts were observed, which is a consequence of the mechanism of ber spacing due to the presence of the inserts. Thus, 4 zones were identi ed in the composites with embedded impermeable inserts. Finally, in the 3-point bending tests, delamination failures for shear mode II were identi ed in the specimens.

Orientadora: Profa. Dra. Márcia Aparecida da Silva Spinacé / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, 2014. / Compositos polimericos reforcados com fibras lignocelulosicas podem ter suas propriedades mecanicas melhoradas com o uso de agentes de acoplamento (AC) em sua formulacao, este processo e denominado de funcionalizacao e pode ser aplicado na matriz e/ou na fibra por enxertia. A adesao entre fibra e matriz e prejudicada devido ao carater hidrofilico e polar da fibra frente ao carater hidrofobico e apolar de matrizes como poliolefinas. O anidrido maleico e muito utilizado na funcionalizacao do PP, e os organosilanos sao comumente usados na funcionalizacao de fibras; porem nos dois casos, os residuos de hidroperoxido (iniciador) da enxertia podem atuar como pro-degradantes da matriz. Neste trabalho foi estudado o envelhecimento ambiental de compositos processados por extrusao-injecao de PP sem e com 2 % em massa de anidrido maleico (PPAM) com 20 % em massa de fibras de curaua funcionalizada ou nao com organosilano (N-(¿À-aminoetil)-¿Á-aminopropiltrimetoxisilano). As fibras de curaua foram fibriladas a fim de aumentar a razao de aspecto (comprimento/diametro) e area superficial visando um aumento da adesao no composito. O envelhecimento ambiental natural por 12 meses foi conduzido em Santo Andre / S.P (maior indice de poluicao atmosferica) e Campinas/ S.P. (maior indice de radiacao UV) com o objetivo de verificar a influencia das duas regioes. A degradacao dos compositos foi avaliada atraves de indice de carbonila (IC), propriedades mecanicas (tracao e flexao), Microscopia Optica e Eletronica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de absorcao no UV-Vis. A degradacao ambiental foi evidenciada pelo aumento do IC, formacao de fissuras superficiais e embranquecimento no periodo analisado. O uso dos AC promoveu uma melhora das propriedades mecanicas, porem provocou um aumento do IC que e um indicio de degradacao da matriz, atuando como pro-degradante. Nos compositos com a matriz e as fibras funcionalizadas o IC foi superior quando comparado aos demais. Apesar desse resultado, os valores de tensao maxima sob flexao foram superiores para os compositos com AC. Os resultados evidenciaram que para as formulacoes e condicoes estudadas, a intensidade de irradiacao UV apresenta maior influencia quando comparada aos poluentes atmosfericos no processo de degradacao. Alem disso, as medidas de IC da face nao exposta indicaram que as fibras de curaua e os AC bloquearam a degradacao da matriz de PP, o que corroborou para a manutencao das propriedades mecanicas apos 12 meses de envelhecimento. / In polymeric composites reinforced with vegetable fibers, hydrophilic character, forms a weak link with arrays of polyolefins, which have hydrophobic character, the use of coupling agents is needed. Then, it is possible to functionalize the matrix and / or fiber and cause better adhesion. Maleic anhydride modified polymers are widely used as coupling agent, but the hydroperoxide waste used in grafting of polyolefin may act as pro-degrading in the polymer matrix, the same applies to the use of the coupling agent in the functionalization of the fibers. In this project the environmental aging of PP composites with curauá fiber composite with and without coupling agent in both was studied. Curauá fibers were fibrillated aiming an increasing of fiber-matrix adhesion as a function of promoting greater exposure of surface contact, and promote greater efficiency of functionalization using a coupling agent, in this case an organosilane. Environmental aging for 12 months were conducted in Santo André, SP, Brazil and Campinas, SP, Brazil in order to check the influence of the two regions for the difference in atmospheric composition against pollutants and levels of solar irradiation. The degradation was evaluated by carbonyl index (CI) measured by infrared spectroscopy (FTIR), mechanical properties, optical microscopy and Scanning Electron Microscopy, optical microscopy and UV-visible absorption. Environmental degradation was evidenced by increased IC, formation of surface cracks and whitening in the analyzed period. The coupling agent improved the mechanical properties, but after environmental aging it promoted an increase in the IC due to its role as a pro-degrading. Nevertheless, the stress results in the maximum bending strength were higher for composites using the coupling agent during the aging period. The results also showed for the present formulations and conditions as the irradiation intensity prevails over the levels of pollutants as predominant factors of degradation of polymers and composites and the fibers form a barrier / filter to the degradation process of the materials.

Orientador: Prof. Dr. Humberto Naoyuki Yoshimura / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2017. / As biocerâmicas dentárias disponíveis no mercado apresentam altos índices de sucesso clínico, mas ainda apresentam limitações quanto às propriedades ópticas e mecânicas. O objetivo geral deste trabalho foi estudar e desenvolver biocompósitos de alumina infiltrados com vidro para restauração dentária, com elevadas propriedades mecânicas e tribológicas associadas à elevada transmissão óptica, por meio da compatibilização dos índices de refração do vidro e da alumina (1,76). Os vidros foram preparados segundo a composição base 25% SiO2, 20% B2O3, 25% Al2O3, 15% TiO2 e 15% La2O3 (% em mol) com adições de CaO, CeO2, CaO-CeO2, Nb2O5 e Y2O3. Estas adições causaram aumento do índice de refração nos vidros. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) possibilitou verificar que as variações na composição química dos vidros resultaram em variações de conectividade da rede vítrea de SiO4 e BO3 e nas quantidades de espécies, como AlO4 e AlO6. A espectrometria de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) de alta resolução dos vidros indicaram que a adição de B2O3 aumentou a fração de oxigênios não ponteantes na estrutura vítrea e a coloração marrom avermelhada apresentada por alguns vidros foi consequência das presenças de Ti3+, Ce3+ e Nb5+. Os vidros preparados apresentaram boas propriedades mecânicas, com dureza Vickers variando entre 7,22 e 8,06 GPa e tenacidade à fratura variando entre 0,91 e 1,35 MPa.m½, sendo os resultados correlacionados com as características estruturais dos vidros. A adição de CaO ao vidro melhorou as propriedades ópticas dos compósitos, enquanto que as adições de CeO2, Nb2O5 e Y2O3 foram prejudiciais. Os ensaios de tribologia apresentaram os menores valores para o coeficiente de atrito médio, .med, para cargas menores que 30 mN. O maior valor de .med para cargas maiores foi associado à formação de tribofilmes. / Dental bioceramics developed so far show high survival rates but still have limitations on optical and mechanical properties. The general objective of this work was to study and develop glass-infiltrated alumina biocomposites for dental restorations, with high mechanical and tribological properties associated to high optical transmission, by matching the refractive indexes of the glass with the alumina (1.76). Glasses were prepared according to the base composition 25% SiO2, 20% B2O3, 25% Al2O3, 15% TiO2 and 15% La2O3 (% in mol) with additions of CaO, CeO2, CaO-CeO2, Nb2O5 and Y2O3. These additions caused an increase in the refractive index in the glasses. Infrared spectroscopy (FTIR) allowed verifying that the variations in the chemical composition of the glasses resulted in variations of the connectivity of the SiO4 and BO3 glass networks and in the quantities of species, such as AlO4 and AlO6. High resolution X-ray photoelectron spectrometry (XPS) of the glasses indicated that the addition of B2O3 increased the fraction of non-bridging oxygen in the glass structure and the reddish-brown coloration presented by some glasses was a consequence of the presence of Ti3+, Ce3+ and Nb5+. The prepared glasses presented high mechanical properties, with Vickers hardness varying between 7.22 and 8.06 GPa and fracture toughness varying between 0.91 and 1.35 MPa.m½; the results were correlated with the structural characteristics of the glasses. The addition of CaO to the glass improved the optical properties of the composites, whereas the additions of CeO2, Nb2O5 and Y2O3 jeopardized the transmittance. Tribology tests showed the lowest values for the average friction coefficient .med for loads smaller than 30 mN. The higher .med value for larger loads may be associated with the formation of tribofilms.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-11-21Bitstream added on 2014-06-13T20:42:55Z : No. of bitstreams: 1 gimenes_r_dr_araiq.pdf: 2947108 bytes, checksum: f3c4ec92aee4a4b292c3bf0d47a82b2e (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, foi conduzido um estudo sistemático da síntese de compósitos poli(fluoreto de vinilideno-trifluoretileno)/titanato de bário - P(VDF-TrFE)/BT - para uso em Regeneração Tecidual Guiada (GTR). Esta técnica osteopromotiva tem sido amplamente empregada em tratamentos do periodonto. A GTR emprega uma barreira física (membrana) para promover a formação de osso pela migração de células ósseas na região isolada. Desta forma, estas células são capazes de regenerar o defeito ósseo pela exclusão da competição com células não-osteogênicas na reabsorção do coágulo. Desta forma, membranas de compósitos polímero-cerâmica piezoelétrica podem promover osteogênese por meio de potenciais elétricos produzidos e prover proteção mecânica a região isolada. Membranas deste tipo podem ser consideradas como barreiras alternativas para GTR. Nesta direção, as propriedades estruturais e elétricas dos compósitos P(VDF-TrFE)/BT foram avaliadas, bem como, sua biocompatibilidade in vitro. Os compósitos foram preparados pela mistura de pós de titanato de bário e poli(fluoreto de vinilideno-trifluoretileno) (VDF = 80mol%) em meio de dimetilformamida (DMF0). As membranas de compósitos foram obtidos utilizando os seguintes métodos: espalhamento de solução sobre substrato (SC), deposição em spincoating (SP) e precipitação em água seguido de prensagem a quente (WHP). Compósitos obtidos por precipitação em água apresentaram microestrutura heterogênea e superfícies adequadas. Compósitos com fração volumétrica de 0,55 apresentaram os melhores valores de polarização remanescente e constante dielétrica relativa (33,1mC/cm2 e 78, respectivamente). Compósitos com fração volumétrica de 0,10 e 0,50 apresentaram coeficiente piezoelétrico d33 igual a 15,5 e ~0 pC/N respectivamente. P(VDF-TrFE)/BT demonstraram melhor biocompatibilidade in vitro... / In this work, a systematic study on synthesis of poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)/barium titanate - P(VDF-TrFE)/BT - composites for used in Guided Tissue Regeneration (GTR) was carried out. This osteopromotive technique has been widely employed on periodontal treatment. GTR utilizes a physical barrier (membrane) to promote bone-forming cell to migrate into secluded space. Hereby, these cells are able to regenerate the osseous defect, by the exclusion of competing non-osteogenic soft tissue cells on reabsorption. The osteogenic process also can be enhanced by application of electrical energy (direct current or pulsed electromagnetic field). Thereby, membranes of polymer-ceramic piezoelectric composites can promote the osteogenesis by means of electrics potentials produced and to provide mechanical protection to the secluded space. This kind of membrane can be considered an alternative barrier to GTR. In this way, the structural and electrical properties of P(VDF-TrFE)/BT composites were evaluated, as well as, their in vitro biocompatibility. The composites were prepared by mixing Barium Titanate powders and P(VDF-TrFE) (VDF=80mol%) on dimethylformamide medium (DMF). Composites membranes were made by following methods: solvent casting (SC), spincoating (SP), and precipitation on water followed by hot pressing (WHP). Composites obtained by WHP showed heterogeneous microstructure and adequate surfaces. The composite of ceramic fraction of 0.55 presented the best values of remanent polarization and relative dielectric constant (33.1mC/cm2 and 78, respectively). The piezoelectric coefficient d33 was 15,5 and ~0 pC/N for composites with volumetric fraction of 0.10 and 0.50 respectively. P(VDF-TrFE)/BT presented better in vitro biocompatibility when compared to commercial e-PTFE GTR barrier. Therefore, P(VDF-TrFE)/BT membrane developed could be an alternative to be used in GTR.

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais da Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Ciências Ambientais. / O atual desenvolvimento acelerado da produção industrial e agrícola tem gerado, intermitentemente, uma grande quantidade de resíduos. Um destes resíduos é a casca de arroz, que representa 20% do volume total do grão produzido. É um material lignocelulósico que pode ser usado como reforço de materiais compósitos. Por sua vez, a resina de poliuretano à base de óleo de mamona é um triglicerídeo extraído da semente, bastante usada em substituição de resinas sintéticas que são mais agressivas ao meio ambiente. Desta forma, o objetivo deste estudo foi obter um compósito aglomerado sustentável à base de casca de arroz e resina de poliuretano de óleo de mamona. As amostras foram obtidas por moldagem a frio segundo um planejamento fatorial tipo 2k(DoE) sendo a fração volumétrica da matriz/reforço e o volume de moldagem os fatores estudados. O compósito obtido foi ensaiado conforme a NBR 14810 (2013), utilizada para compósitos de média densidade. Foram avaliadas a densidade, teor de umidade, inchamento, absorção de água, resistência à tração perpendicular e resistência à flexão. A NBR 15537 (2007) e a US EPA (1996) foram utilizadas para determinar a toxicidade aguda das amostras, utilizando minhoca da espécie Eisenia fetida e sementes de alface Lactuca sativa. Os resultados obtidos permitem classificar o compósito como de baixa densidade, com valores inferiores a 640 kg/m3 conforme a norma ANSI/A 208.1 (1999). Com relação ao comportamento mecânico, o compósito não atende à norma NBR 14810 (2013) para média densidade, mas atende à norma ANSI/A 208.1 (1999), sendo então classificado como de baixa densidade LD-1 e LD-2. Seu uso é adequado como núcleo para portas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NOSSA_Tamires_2011.pdf: 2727632 bytes, checksum: ba49f3b87c8b3e85ad1b96be146c2896 (MD5) Previous issue date: 2011-02-08 / Financiadora de Estudos e Projetos / Currently, composite materials are being used in several areas in substitution of some metallic alloys regarding to its superior properties and greater project flexibility. Therefore, synthetic fibers reinforced epoxy resin has some mechanical properties limited by its interface due to the interaction between fiber and matrix. The present research studies the interaction between the materials at the interface, considering the resin interaction with the three most employed composites fiber: carbon fiber, Aramida (Kevlar) and glass fiber (E type). The fibers surfaces were analyzed through the AFM (atomic force microscope) and the Contact Angle Method (CAM), becoming possible to determine the surface energy of each material, the superficial interface energy, the matrix-fiber adhesion and the surface profile analysis. The composites were subjected to the single fiber fragmentation test (SFFT) in order to obtain its interfacial share strength to be applied in the Kelly-Tyson equation. Furthermore, through these analysis became possible to evidence the properties differences between the composites, the individual properties of matrix-fiber that can be obtained, the best matrix-fiber interface, classifying them according to the stress transference magnitude and, consequently, greater effectiveness on the matrix-fiber adhesion. / Atualmente, os materiais compósitos são utilizados em diversas áreas em substituição a algumas ligas metálicas em função de suas propriedades superiores e maior flexibilidade de projeto. No entanto, os compósitos de resina epóxi reforçados com fibras sintéticas possuem algumas propriedades limitadas pela resistência da interface resultante da interação entre fibra e matriz. No presente trabalho estuda-se a interação entre os materiais na interface considerando-se a interação da resina com as três fibras mais comumente utilizadas em compósitos, a fibra de carbono, a aramida (Kevlar®) e a fibra de vidro (tipo E). A superfície das fibras foi analisada através do AFM (do inglês Atomic Force Microscope ) e do CAM (do inglês Contact Angle Method ) para determinação da energia de superfície de cada material, da energia de superfície na interface, da adesão fibra-matriz e da análise do perfil superficial. Os compósitos foram submetidos ao ensaio de fragmentação de filamento (SFFT, do inglês Single Fiber Fragmentation Test ), para a obtenção da resistência ao cisalhamento interfacial utilizou-se a equação de Kelly-Tyson. Através das análises foi possível constatar as diferenças de propriedades entre os compósitos, as propriedades individuais de cada fibra-matriz relacionadas, a melhor interface fibra-matriz, classificando-as de acordo com a magnitude da transferência de tensões e, conseqüentemente, maior efetividade na adesão reforço/matriz.

Submitted by Adrielly Hokama Razzini null (adrielly91100@aluno.feis.unesp.br) on 2017-06-08T18:25:27Z No. of bitstreams: 1 Razzini_AH_me_iha.pdf: 17122324 bytes, checksum: 018bdb7d8435fdfe61da7f226c07a068 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-13T13:40:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 razzini_ah_me_ilha.pdf: 17122324 bytes, checksum: 018bdb7d8435fdfe61da7f226c07a068 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-13T13:40:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 razzini_ah_me_ilha.pdf: 17122324 bytes, checksum: 018bdb7d8435fdfe61da7f226c07a068 (MD5) Previous issue date: 2017-05-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Materiais compósitos têm sido cada vez mais utilizados na indústria aeronáutica, devido a inúmeras vantagens que serão apresentadas nesse trabalho. Entretanto, impactos podem comprometer significativamente a estrutura. Tais impactos podem ocorrer a “baixa velocidade”, através de ferramentas derrubadas e contato com veículos/equipe de manutenção, e também a “alta velocidade”, como colisões com aves, raios elétricos, detritos de pneus ou pequenas pedras na pista. Conhecer a ocorrência e localização dos mesmos, assim como o progresso de danos subsequentes, permite realizar inspeções mais focadas e otimizar o custo e eficiência de manutenção. Este trabalho propõe a utilização de transdutores piezelétricos em formato de rosetas piezelétricas para localização de impacto em estruturas de materiais compósitos. As rosetas são compostas de transdutores retangulares de Macro-Fiber Composite (MFC), que apresentam uma resposta altamente diretiva para ondas ultrassonoras, o que foi explorado para determinar a localização da onda emitida, independente da velocidade de propagação da onda na estrutura. A acuracidade do mé- todo foi demonstrada experimentalmente em uma placa de fibra de carbono/ resina epóxi de dimensões 1060 ×1100×2mm, formada de 13 camadas plain-weave com duas rosetas piezelétricas coladas à superfície via adesivo cianoacrilato. Os impactos foram conduzidos utilizando um pequeno martelo com ponta metálica, simulando impactos realísticos sofridos por uma estrutura em serviço. O ponto de impacto foi determinado pelo método proposto e comparado com a localização real do impacto. / The usage of composite materials has been experiencing a continuous growth in aeronautic industry, due to countless advantages. However, impacts can significantly compromise the structure. These impacts can occur at "low velocity", by tools dropped, contact with maintenance vehicles or personnel and also at "high velocity", by bird/hail strikes, runaway debris from tires os lightnings. Knowing the occurrence and location of the impacts, as well as the progression of any subsequent damage, allows performing focused follow-up inspections, which can optimize maintenance cost and effectiveness. This work proposes using piezoelectric transducers arranged as rosettes to locate impacts on composite materials structures. The rosettes are comprised of rectangular transducers of Macro-Fiber Composite (MFC), which exhibit an highly directive response to ultrasonic waves that will were explored to determine the source of the incoming wave, regardless of the wave velocity. The accuracy of this method is experimentally demonstrated on a 1060x1100x2mm carbon/epoxy plate, formed by 13 plain-weave layers with two piezoelectric rosettes bounded to the surface via cyanoacrylate. The impacts were carried out using a small hammer with hardened steel tip, simulating realistic impacts suffered by an in-service structure. The impact point is determined by the proposed method and compared with the actual location of impact. / CNPq: 131152/2015-7

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-04-11T20:54:52Z No. of bitstreams: 1 RaphaelSiqueiraFontes_TESE.pdf: 14059657 bytes, checksum: 1966f333453864809a63de0421cb1e86 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-04-16T23:33:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RaphaelSiqueiraFontes_TESE.pdf: 14059657 bytes, checksum: 1966f333453864809a63de0421cb1e86 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-16T23:33:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RaphaelSiqueiraFontes_TESE.pdf: 14059657 bytes, checksum: 1966f333453864809a63de0421cb1e86 (MD5) Previous issue date: 2017-12-14 / A proposta desta Tese de Doutorado é determinar a influência na resposta mecânica de laminados compósitos à base de tecidos multiaxiais acoplados de fibras de vidro-E e matriz epóxi éster vinílica, quando em presença de descontinuidade geométrica, aqui caracterizada por um furo circular. Nesse estudo do fenômeno da concentração de tensão é dado ênfase ao comportamento da deformação na vizinhança do furo, tendo em vista a característica do tecido de reforço ter suas camadas básicas acopladas através de fios de costura, tornando-os mais compactos em sua capacidade de suporte de carga. Esse estudo é desenvolvido a partir da medição das deformações na vizinhança do furo, utilizando a técnica de medição por Extensometria, frente aos ensaios de tração uniaxial. Por fim, serão apresentados os resultados em termos quantitativos sobre o efeito da presença da descontinuidade geométrica, mediante os cálculos da Resistência Residual (RS), do Módulo Residual (RM) e dos Fatores de Concentração de Tensão (K, calculados a partir de variados métodos analíticos), além da determinação das distribuições das deformações (obtidas das leituras dos extensômetros) na vizinhança do furo nos laminados em estudo, nas orientações 0°, 90° e 45° dos CPs. Essas distribuições são validadas utilizando a solução analítica proposta por Lekhnitskii (1968) e Konish e Whitney (1975), amplamente utilizada para materiais compósitos ortotrópicos. Ao ser efetuada a comparação entre os valores medidos experimentalmente e as distribuições analíticas das deformações, observou-se pouca interferência dos valores de K adotados para a obtenção das curvas analíticas, resultando numa concordância entre os valores obtidos pelos extensômetros e o modelo analítico. / The proposal of this Doctoral Thesis is to determine the influence on the mechanical response of composite laminates based on E-glass multiaxial Non-Crimp Fabrics and epoxy vinyl ester matrix, with the presence of geometric discontinuity, here characterized by a circular hole. In this study of the stress concentration phenomenon, emphasis is given to the strain behavior in the vicinity of the hole, since the reinforcing fabric characteristic, whose basic layers are coupled by stitching, making them more compact in their load support capacity. This study is developed from the strain measurement in the vicinity of the hole, using the technique of measurement by strain gages, during uniaxial tensile tests. Finally, the effect of the presence of the geometric discontinuity will be presented in quantitative terms, by means of the Residual Strength (RS), Residual Modulus (RM) and the Stress Concentration Factors (K, obtained by different analytical methods), in addition to the determination of strain distributions (obtained from strain gage measurements) in the vicinity of the hole in the laminates under study, in 0°, 90° and 45° orientations of the specimens. These distributions are validated using the analytical solution proposed by Lekhnitskii (1968) and Konish and Whitney (1975), widely used for orthotropic composite materials. When comparing the experimentally measured values with the analytical distributions of the strains, was observed little interference of the K values adopted to obtain the analytical curves, resulting in an agreement between the values obtained by the strain gages and the analytical model.

O objetivo deste trabalho é analisar materiais piezelétricos compósitos com conectividade 1-3 e 2-2 para aplicações em transdutores de ultra-som na faixa de MHz utilizando modelos matemáticos e verificações experimentais. O estudo de um material piezelétrico compósito pode ser feito através de seus três principais tipos de modos de vibração: modo planar, modo de espessura e modo lateral. Neste trabalho, é utilizado o método dos elementos finitos para modelar os modos planares, de espessura e laterais de um compósito, e modelos analíticos para modelar o modo de espessura e o modo lateral. A modelagem do modo de espessura de um transdutor de ultra-som é feita a partir de um modelo analítico unidimensional. A modelagem unidimensional de um transdutor de ultra-som é feita através do cálculo das propriedades efetivas do material piezelétrico compósito. Essas propriedades são utilizadas no modelo da matriz distribuída para prever a impedância elétrica de um compósito e a resposta impulsiva de um transdutor de ultra-som. Com o objetivo de validar os modelos, foram construídos um material piezelétrico compósito com conectividade 1-3 e outro com conectividade 2-2 através da técnica “dice-and-fill”, utilizando cerâmica de PZT-5A e resina epóxi. O compósito com conectividade 1-3 foi utilizado na construção de um transdutor de ultra-som. Os resultados teóricos da impedância elétrica e da resposta impulsiva são comparados com os obtidos experimentalmente. A impedância elétrica experimental é obtida através de um analisador de impedâncias, enquanto que a resposta impulsiva experimental do eco do transdutor é medida acoplando o protótipo do transdutor a um tarugo de acrílico. Devido à periodicidade do compósito foi feito um estudo teórico da propagação de ondas mecânicas em meios periódicos, mostrando que existem determinadas faixas de freqüências que não se propagam no material. Foi verificado que esta periodicidade é responsável pela diminuição das amplitudes dos modos radiais de um material piezelétrico compósito quando comparados com os modos radiais de um disco de cerâmica piezelétrica. Também foram feitos ensaios em tanque de imersão para determinar as propriedades mecânicas de amostras de epóxi e amostras de tungstênio e epóxi em função da fração de volume de tungstênio na amostra. / The objective of this work is to analyze piezoelectric composite materials with 1-3 and 2-2 connectivity for applications in ultrasonic transducers in the megahertz frequency range. The analysis is done through mathematical models and experimental validation. The analysis of piezoelectric composite materials can be done through the study of its three main vibrational modes: planar mode, thickness mode, and the lateral mode. In this work, it is used the Finite Element Method to model the planar, thickness and the lateral modes of the composite, and it is used analytical models to model the thickness and the lateral modes. The modeling of the thickness mode of an ultrasonic transducer is obtained through an unidimensional analytical model. The unidimensional modeling of the transducer is done by calculating the effective properties of the piezoelectric composite material. The effective properties are used in a distributed matrix model to calculate the electrical impedance of the composite and the impulse response of an ultrasonic transducer. To validate the models, a 1-3 and a 2-2 piezoelectric composite were built using the “dice-and-fill” technique. These composite were constructed using a piezoelectric ceramic of PZT-5A and epoxy. The piezoelectric composite with 1-3 connectivity was used in the fabrication of an ultrasonic transducer. The theoretical results of the electrical impedance and the impulse response are compared with the experimental results. The experimental electrical impedance is measured by using an impedance analyzer, and the experimental impulse response is measured by coupling the ultrasonic transducer prototype to an acrylic block. Due to the periodicity of the composite, it was analyzed the behaviour of mechanical waves in periodic media, showing that there are frequency ranges that the waves cannot propagate. It was verified that the periodicity is responsible for the suppression of the radial modes in a piezoelectric composite when compared with the radial modes of a disk of piezoelectric ceramic. It is also conducted measurements in a water filled tank to determine the mechanical properties of samples of epoxy, and Tungsten/epoxy composites as a function of the volume fraction of Tungsten.

O grafeno, uma das formas alotrópicas do carbono, tem ganho grande valorização no meio científico e industrial devido às suas propriedades excepcionais. Por apresentar condutividade elétrica correspondente a do cobre e condutividade térmica, dureza e resistência superiores a todos os outros materiais existentes, faz-se necessário à busca por melhores, mais eficientes e produtivos métodos de obtenção do mesmo. Um dos métodos mais utilizados atualmente, conhecido como método de Hummers, consiste na oxidação da grafita por tratamentos ácidos e posterior redução (química ou térmica). No entanto, o rendimento do processo, geralmente, não gera quantidade de material suficiente para preparo de compósitos poliméricos utilizando equipamentos tradicionais de mistura, como extrusoras. Os compósitos poliméricos com grafeno apresentam aumento na estabilidade térmica e dimensional de peças injetadas, quando comparado à mesma peça sem carga, podendo ser usado como retardante de chama e também, por garantir maior condutividade elétrica ao polímero, pode ser usado em touch screens e células solares flexíveis. Frente a estas possibilidades, faz-se necessário aperfeiçoar o método de Hummers, tornando-o mais eficaz e produtivo. Alguns parâmetros da cinética química da reação do óxido de grafite (GO), os métodos de remoção dos ácidos residuais do processo, as técnicas de redução dos grupos oxigenados e o método de obtenção do material seco para posterior incorporação no polímero foram avaliados neste trabalho. Três métodos de oxidação da grafita foram estudados e os materiais obtidos foram comparados ao GO comercial, e dois métodos de redução (química com NaBH4 e térmica à várias temperaturas e taxas de aquecimento) do GO foram testados. Os GOs e os óxidos de grafeno reduzidos (GORs) foram caracterizados com o auxílio das técnicas de espectroscopia Raman, espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectrometria de raios X por energia dispersiva (EDS) e difração de raios-X (DRX). Os resultados mostraram que a cinética da reação de GO não é linear, pois foram obtidos óxidos com características diferentes, utilizando-se a mesma proporção de reagentes pelos métodos A e C. A filtração ou a diálise, utilizadas para remover os resíduos ácidos do tratamento, e a estufa ou a liofilização, utilizadas para obter os materiais secos, não interferiram nas propriedades finais dos GOs e dos GORs. Por fim, a redução química e o choque térmico a 700 °C se mostraram os métodos mais adequados para obter grafeno quimicamente modificado com boas propriedades e maior rendimento. Os compósitos obtidos através de um misturador interno foram caracterizados com ensaios mecânicos (tração e impacto), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Os resultados obtidos indicaram a má dispersão das cargas no polímero, o que pode ser confirmado pela presença de aglomerados nas análises morfológicas e pelas propriedades mecânicas inferiores dos compósitos. / The graphene, one of the carbon allotropes, has received a great valorization in the scientific and industrial areas due its exceptional properties. Its electrical conductivity corresponds to copper ones and its thermal conductivity, hardness and strength are superior to known existent material properties. For this reason, it is necessary to search for a more efficient and productive method of obtaining. One of the most used methods nowadays is the Hummers method, it is based on graphite oxidation via acid treatment and also on chemical and thermal reduction. However, the yield of the process generally does not generate sufficient amount of material for preparing polymer composites using traditional mixing equipment such as extruders. Polymeric composites graphene have increased thermal and dimensional stability of molded parts compared to the same part without load, can be used as a flame retardant and also to ensure higher electrical conductivity to the polymer, can be used in touch screens and flexible solar cells. Faced to these possibilities, it is necessary to search for improvements to Hummers method, making it more effective and productive. Evaluating the chemical kinetic from the reaction of graphite oxide (GO), the removal manners from the residual acids from the process, the reduction technician from the oxygenated functional groups and the obtention method of the dry material to posterior incorporation in to the polymer, were evaluated in this work. Three oxidation methods have been performed and compared to GO commercial, and three reduction methods (chemical with NaBH4 and thermal to 550 °C and 1000 °C) have been tested. The GOs and the graphene oxide reduced (GORs) were characterized by Raman Spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopic (SEM) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and X-ray diffraction (XRD). The results showed that the reaction kinetic from the GO is not linear, because it has been obtained oxides with different characteristics, using the same reagents proportion in two methods (A and C). The filtration or the dialysis, used to remove the acids residues from the treatment, and the drying oven or the freeze drying, used to obtain the dry material, didn\'t interfere in the final properties of the GOs and GORs. Finally, the chemical reduction and the thermal shock at 700 ° C proved the most suitable methods for chemically modified graphene with good properties and increased yield. The composites obtained through an internal mixer were characterized with mechanical tests (tensile and impact), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and differential scanning calorimetry (DSC). Results indicated poor dispersion of the fillers in the polymer, which can be confirmed by the presence of agglomerates in the morphological analysis and the inferior mechanical properties of the composites.