Mangotes de transferência têm sido utilizados em grande quantidade em operações de descarga de óleo, principalmente em águas profundas, onde existem cargas estáticas e cíclicas variáveis devido ao ambiente de trabalho. Apesar da grande demanda dessas estruturas, seu comportamento é pouco conhecido e discutido na literatura devido a sua complexidade. Além disso, os materiais utilizados nesse equipamento podem ocasionar um elevado número de falhas, sendo muitas vezes superestimados, deixando o mangote com peso excessivo. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise de materiais poliméricos avançados, especificamente fibras de poliaramida e materiais compósitos à base de fibra de carbono, em substituição a materiais tradicionais, utilizando modelos numéricos capazes de prever o comportamento da pressão de ruptura das carcaças e resistência a compressão radial do mangote, além da avaliação em fadiga dos cordonéis à base de poliaramida dessas novas estruturas. Modelos em meso-escala foram desenvolvidos utilizando conceitos de hiperelasticidade e de critérios de falha de materiais compósitos para previsão das tensões e deformações locais em regiões críticas do mangote. Análises numéricas foram realizadas via elementos finitos com o software comercial para auxiliar a elaboração dos modelos e a realização dos cálculos numéricos. Foram realizados ensaios experimentais para validação desses modelos numéricos, bem como para a previsão do comportamento estático e em fadiga dos materiais envolvidos. Foram desenvolvidos dois modelos. Em um modelo foi aplicado pressão interna no mangote para previsão de ruptura das carcaças no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho dos novos reforços de poliaramida. No outro modelo foi aplicada uma carga radial na seção central do mangote para prever a resistência ao esmagamento, no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho do componente de sustentação em material compósito de fibra de carbono. Os resultados dos modelos numéricos apresentaram boa concordância com os resultados experimentais em grande parte das análises. Também se observou que os novos materiais apresentam um grande potencial de substituição dos materiais tradicionais, bem como um excelente comportamento frente a carregamentos estáticos e dinâmicos envolvidos na aplicação, sendo verificada diminuição significativa de peso e aumento do desempenho. / Offloading hoses have been extensively used at offloading oil operations, especially in deep water, where there are variable static and cyclic loads due to the working environment. Despite the great demand for these structures, their behavior is little known and discussed in the literature due to the complexity. In addition, the materials used in this equipment may lead to a high number of failures, being often overestimated, leading to excessive weight. This work aims to develop a methodology for analysis of advanced polymeric materials, specifically polyaramide fibers and carbon fiber composite materials, in the substitution of traditional materials, using numerical models able to predict the static behavior of the burst pressure of the carcasses and radial compression strength of the hose. In addition, fatigue tests were performed to evaluate the polyaramide cords of these new structures. Meso-scale models were developed using advanced hyperplastic and composite failure criteria concepts to predict local stresses and strains in critical regions of the hose. Numerical analyses were performed using finite elements with commercial software to aid the development of models and to carry out numerical calculations. Several experimental tests were performed to validate numerical models, as well as to forecast the static and fatigue behavior of the materials used. Two models were developed. A model is used to predict the burst pressure of the hose in order to evaluate the performance of the new polyaramide reinforcements cords. In the other model, a radial load was applied in the central section of the hose to predict the crushing strength, in which it has the aim of evaluating the performance of the load-bearing component made with carbon fiber composite material. The results of the computer models showed good agreement with the experimental results in most analyses. It was also found that the studied materials offered considerable potential for the substitution of traditional materials, as well as an excellent behavior under static and dynamic loads related to this application, with a significant weight reduction and increased performance of the new configurations over traditional hoses.

As fibras vegetais utilizadas em compósitos de matriz polimérica podem ser tratadas superficialmente para melhorar sua adesão com a matriz. O tratamento químico com hidróxido de sódio (NaOH) é muito utilizado, porém agride a estrutura das fibras, causando diminuição na sua resistência. Este estudo está relacionado à investigação da utilização inovadora de íons hidreto (H-) em meio alcalino como agente protetor de fibras vegetais, neste caso a fibra de sisal, contra agressões químicas e promovendo sua utilização em compósitos poliméricos. Fibras de sisal foram modificadas pela imersão em solução aquosa de NaOH (2, 5 e 10%, m/v), com ou sem a adição de boroidreto de sódio (NaBH4) (1%, m/v), em diferentes tempos e temperaturas de tratamento. As fibras foram neutralizadas, lavadas e secas a 105°C por 1 h e ensaiadas em tração e testes de pull-out em matriz de poliéster insaturado. A presença do NaBH4 foi eficiente em minimizar a degradação da fibra de sisal em meio alcalino, conforme observado por microscopia eletrônica de varredura e pelos resultados de resistência à tração, além de promover a adesão à matriz poliéster. / The vegetable fibers used for polymer matrix composites commonly undergo surface treatment to improve their adhesion with the matrix. The chemical treatment with sodium hydroxide (NaOH) is widely used, but it may damage the fiber structure, consequently reducing its strength. This study focuses on the innovative investigation of hydride ions (H-) as a protective agent for vegetable fibers, in this case sisal, under alkaline conditions, inhibiting chemical damage and promoting their use in polymer composites. Sisal fibers were modified by immersion in a NaOH aqueous solution (2, 5 and 10% wt/vol) with, in some of them, the addition of sodium borohydride (NaBH4) (1% wt/vol), using different treatment conditions (time and temperature). The fibers were neutralized, washed and dried at 105°C for 1 h and analyzed via tensile tests and pull-out evaluations in an unsaturated polyester matrix. The NaBH4 proved effective in minimizing sisal degradation under alkaline conditions, according to scanning electron microscopy and tensile strength results, and also promoted adhesion to the polyester matrix.

O presente estudo trata de temas relacionados à seleção de materiais e ao design de produto frente às questões ambientais. Percebe-se atualmente a tendência de desenvolvimento de produtos insustentáveis, como é o caso dos multi-materiais. Apesar das vantagens técnicas, esses produtos são causadores de impactos ambientais negativos, já que apresentam dificuldades de reciclagem, decorrentes da complexidade na separação dos seus materiais. Na presente pesquisa discute-se, através de revisão bibliográfica e de estudos práticos, a necessidade de desenvolvimento de soluções a curto prazo para esse problema. O objetivo consiste em estudar a reciclagem de produtos multi-materiais, sem separação prévia, visando a utilização do material resultante em novas aplicações com valor agregado. O estudo divide-se em: (I) Revisão Bibliográfica, (II) Estudo Prático A e (III) Estudo Prático B. Na revisão bibliográfica apresenta-se o contexto teórico e científico a respeito dos temas centrais para posterior discussão dos resultados obtidos nas etapas práticas. O Estudo Prático A envolve a reciclagem de escovas de dente multi-materiais através de micronização. Posteriormente o material resultante foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), teste de densidade, ensaio de tração e análise térmica dinâmico-mecânico (DMA). Apresentou-se ainda a seleção de potenciais áreas de aplicação para o novo material reciclado, por meio de Mapas de Propriedades de Materiais e teste de viabilidade da aplicação selecionada. No Estudo Prático B utilizam-se duas amostras com granulometrias distintas, para avaliar a influência do tamanho das partículas do material reciclado. Na etapa de caracterização, além dos ensaios conduzidos no Estudo A, realizou-se ainda distribuição granulométrica, ensaio de dureza, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise termogravimétrica (TGA). Os resultados demonstraram a viabilidade técnica de se promover a reciclagem de escovas de dente multi-materiais por meio do processo de reciclagem mecânica tradicional sem separação prévia. O material reciclado apresentou potencial para ser utilizado na fabricação de laminado sintético para produção de calçados e componentes. Na avaliação da influência do tamanho das partículas, constatou-se que não houve influência significativa no material resultante. Destaca-se ainda como contribuição e tecnológica deste estudo a proposição de uma alternativa tecnicamente viável para a reciclagem de produtos teoricamente “não-recicláveis”, contribuindo com a redução da geração de resíduos sólidos. / This study deals with issues related to product design and material selection, facing the environmental issues. Developments in design and materials usage unleashed the tendency of developing unsustainable products, as the multi-materials. These products cause severe negative environmental impacts, since its recycling is difficulted by the complexity in separating the materials. In this context, it is argued, through literature review and practical studies, the need of developing short-term solutions to this problem. The objective is to study multi-material products recycling, without previous sorting, aiming the use of the resulting material in applications with added value. The research is divided in three parts: (I) Bibliographic Review, (II) Practical Study A and (III) Practical Study B. Bibliographic Review presents the scientific and theoretic context regarding the central themes for later discussion of the results obtained in the practical parts. Practical Study A involves the reprocessing of multi-material toothbrushes through micronization. Subsequently, the resulting material is characterized by scanning electron microscopy (SEM), density test, tensile test and dynamic mechanical analysis (DMA). It is also presented the selection of potential areas of application for the new recycled material through Materials Properties Charts and a viability test of the selected application. In Practical Study B, two samples of different particle sizes were used to evaluate the influence of the recycled material’s particle sizes. In the characterization stage, in addition to the tests conducted in Study A, granulometric distribution, hardness test, differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) were also performed. The results demonstrated the technical feasibility of reprocessing multi-material toothbrushes through the traditional mechanical recycling process, without previous sorting. The recycled material presented potential for application in synthetic laminates for shoes and components production. Regarding the particles size influence, it was found that there was no significant influence in the resulted material. There is also the technological contribution which is the proposition of an alternative for the recycling of theoretically "non-recyclable" products, contributing to the reduction of solid waste generation.

Mangotes de transferência têm sido utilizados em grande quantidade em operações de descarga de óleo, principalmente em águas profundas, onde existem cargas estáticas e cíclicas variáveis devido ao ambiente de trabalho. Apesar da grande demanda dessas estruturas, seu comportamento é pouco conhecido e discutido na literatura devido a sua complexidade. Além disso, os materiais utilizados nesse equipamento podem ocasionar um elevado número de falhas, sendo muitas vezes superestimados, deixando o mangote com peso excessivo. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise de materiais poliméricos avançados, especificamente fibras de poliaramida e materiais compósitos à base de fibra de carbono, em substituição a materiais tradicionais, utilizando modelos numéricos capazes de prever o comportamento da pressão de ruptura das carcaças e resistência a compressão radial do mangote, além da avaliação em fadiga dos cordonéis à base de poliaramida dessas novas estruturas. Modelos em meso-escala foram desenvolvidos utilizando conceitos de hiperelasticidade e de critérios de falha de materiais compósitos para previsão das tensões e deformações locais em regiões críticas do mangote. Análises numéricas foram realizadas via elementos finitos com o software comercial para auxiliar a elaboração dos modelos e a realização dos cálculos numéricos. Foram realizados ensaios experimentais para validação desses modelos numéricos, bem como para a previsão do comportamento estático e em fadiga dos materiais envolvidos. Foram desenvolvidos dois modelos. Em um modelo foi aplicado pressão interna no mangote para previsão de ruptura das carcaças no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho dos novos reforços de poliaramida. No outro modelo foi aplicada uma carga radial na seção central do mangote para prever a resistência ao esmagamento, no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho do componente de sustentação em material compósito de fibra de carbono. Os resultados dos modelos numéricos apresentaram boa concordância com os resultados experimentais em grande parte das análises. Também se observou que os novos materiais apresentam um grande potencial de substituição dos materiais tradicionais, bem como um excelente comportamento frente a carregamentos estáticos e dinâmicos envolvidos na aplicação, sendo verificada diminuição significativa de peso e aumento do desempenho. / Offloading hoses have been extensively used at offloading oil operations, especially in deep water, where there are variable static and cyclic loads due to the working environment. Despite the great demand for these structures, their behavior is little known and discussed in the literature due to the complexity. In addition, the materials used in this equipment may lead to a high number of failures, being often overestimated, leading to excessive weight. This work aims to develop a methodology for analysis of advanced polymeric materials, specifically polyaramide fibers and carbon fiber composite materials, in the substitution of traditional materials, using numerical models able to predict the static behavior of the burst pressure of the carcasses and radial compression strength of the hose. In addition, fatigue tests were performed to evaluate the polyaramide cords of these new structures. Meso-scale models were developed using advanced hyperplastic and composite failure criteria concepts to predict local stresses and strains in critical regions of the hose. Numerical analyses were performed using finite elements with commercial software to aid the development of models and to carry out numerical calculations. Several experimental tests were performed to validate numerical models, as well as to forecast the static and fatigue behavior of the materials used. Two models were developed. A model is used to predict the burst pressure of the hose in order to evaluate the performance of the new polyaramide reinforcements cords. In the other model, a radial load was applied in the central section of the hose to predict the crushing strength, in which it has the aim of evaluating the performance of the load-bearing component made with carbon fiber composite material. The results of the computer models showed good agreement with the experimental results in most analyses. It was also found that the studied materials offered considerable potential for the substitution of traditional materials, as well as an excellent behavior under static and dynamic loads related to this application, with a significant weight reduction and increased performance of the new configurations over traditional hoses.

As fibras vegetais utilizadas em compósitos de matriz polimérica podem ser tratadas superficialmente para melhorar sua adesão com a matriz. O tratamento químico com hidróxido de sódio (NaOH) é muito utilizado, porém agride a estrutura das fibras, causando diminuição na sua resistência. Este estudo está relacionado à investigação da utilização inovadora de íons hidreto (H-) em meio alcalino como agente protetor de fibras vegetais, neste caso a fibra de sisal, contra agressões químicas e promovendo sua utilização em compósitos poliméricos. Fibras de sisal foram modificadas pela imersão em solução aquosa de NaOH (2, 5 e 10%, m/v), com ou sem a adição de boroidreto de sódio (NaBH4) (1%, m/v), em diferentes tempos e temperaturas de tratamento. As fibras foram neutralizadas, lavadas e secas a 105°C por 1 h e ensaiadas em tração e testes de pull-out em matriz de poliéster insaturado. A presença do NaBH4 foi eficiente em minimizar a degradação da fibra de sisal em meio alcalino, conforme observado por microscopia eletrônica de varredura e pelos resultados de resistência à tração, além de promover a adesão à matriz poliéster. / The vegetable fibers used for polymer matrix composites commonly undergo surface treatment to improve their adhesion with the matrix. The chemical treatment with sodium hydroxide (NaOH) is widely used, but it may damage the fiber structure, consequently reducing its strength. This study focuses on the innovative investigation of hydride ions (H-) as a protective agent for vegetable fibers, in this case sisal, under alkaline conditions, inhibiting chemical damage and promoting their use in polymer composites. Sisal fibers were modified by immersion in a NaOH aqueous solution (2, 5 and 10% wt/vol) with, in some of them, the addition of sodium borohydride (NaBH4) (1% wt/vol), using different treatment conditions (time and temperature). The fibers were neutralized, washed and dried at 105°C for 1 h and analyzed via tensile tests and pull-out evaluations in an unsaturated polyester matrix. The NaBH4 proved effective in minimizing sisal degradation under alkaline conditions, according to scanning electron microscopy and tensile strength results, and also promoted adhesion to the polyester matrix.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:11:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMHC.pdf: 9683337 bytes, checksum: e31025256a01fd99b875839339bc3869 (MD5) Previous issue date: 2006-02-10 / The urban solid waste problem has been one of the biggest environmental challenges these days. The solution to this problem lies in integrated waste management, the objective is to minimize volumes sent to landfills. Recycling is a big part of this waste management process which involves the reprocessing of materials to obtain alternative uses for these materials in every day life. One of the solid waste materials sent for recycling is the carton package, which is made of paper, polyethylene and aluminum. In conjunction with this, the search for new plastics compounds reinforced with cellulose fibers has been appointed as a market demand, thanks to the high number of possible applications of these materials, for instance, in the car manufacturing industry, civil construction, etc. In this study the modification of the low density polyethylene/aluminum from carton packages reinforced with cellulose fibers is investigated, and the addition of the grafted copolymer with maleic anhydride, acting as a compatibilizer, whose main target is to add value to the material produced, making them more attractive from a market point of view. Grafted copolymer was added to the LDPE/Al composite and the posterior extruded. Cellulose fibers, in different percentages and particle sizes, were mixed with the resulting material from the first extrusion, and the posterior extruded in sheets, with different properties and aspects. After processing, the obtained materials were applied to thermical and mechanical characterization, infrared spectroscopy and surface eletronic microscopy to verify the efficiency of the modifications. This research showed us that by increasing the cellulose fiber percentages in the generated composites incremented mechanical properties and thermical stability in comparison to the original composite, and indicated a subtle action of the compatibilizer in the used experimental conditions. / A problemática dos resíduos sólidos urbanos tem sido uma das grandes questões ambientais atualmente. Para solução deste problema surge o gerenciamento integrado de resíduos, que tem como objetivo a minimização dos volumes enviados para aterros sanitários. A reciclagem é parte deste gerenciamento, onde se reprocessam materiais, para obtenção de materiais alternativos presentes da vida cotidiana. Um dos resíduos sólidos enviados para a reciclagem é a embalagem cartonada, composta por papel, polietileno e alumínio. Aliado a este fato, a busca por novos compostos plásticos reforçados com fibras celulósicas tem-se apresentado como uma demanda de mercado, devido ao alto número de aplicações possíveis para estes materiais, como, por exemplo, na indústria automotiva, construção civil e outras mais. Assim, neste estudo procurou-se investigar a modificação do compósito polietileno de baixa densidade / alumínio proveniente de embalagens cartonadas através do reforçamento com fibras celulósicas, e adição de copolímero graftzado com anidrido maleico, que age como compatibilizante, de forma a agregar-se valor comercial ao material produzido, tornando-o mais atrativo do ponto de vista mercadológico. Os compósitos elaborados foram gerados através de duas diferentes extrusões. Ao compósito PE/Al adicionou-se o copolímero graftzado, e estes foram posteriormente extrudados. As fibras celulósicas, em diferentes teores e com diferentes tamanhos de partículas, foram misturadas ao material resultante da primeira extrusão, e assim posteriormente extrudadas, em segunda etapa, na forma de lâminas, com diferentes propriedades e aspectos resultantes. Aos compostos obtidos ao final do processamento foram realizadas caracterização térmica, mecânica, espectroscopia de infravermelho e microscopia eletrônica de varredura visando verificar a eficácia destas modificações. Esse trabalho mostrou que o aumento dos teores de fibras celulósicas nos compostos produzidos proporcionou incremento das propriedades mecânicas e de estabilidade térmica em relação ao compósito original, além de indicar uma sutil ação do compatibilizante utilizado, nas condições experimentais empregadas.

Submitted by Jesiel Ferreira Gomes (jesielgomes@ufcg.edu.br) on 2018-04-24T13:47:19Z No. of bitstreams: 1 ALEXSANDER DE SOUSA MEDEIROS - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 4511550 bytes, checksum: 6c476feddf83ab00be730b14dd54a617 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T13:47:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ALEXSANDER DE SOUSA MEDEIROS - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2015.pdf: 4511550 bytes, checksum: 6c476feddf83ab00be730b14dd54a617 (MD5) Previous issue date: 2015-05-29 / A alta reciclabilidade de materiais plásticos tem impulsionado cada vez mais a formação de produtos à base de reciclados, oque tem se tornado uma alternativa “eco sustentável” e de baixo custo para as empresas que beneficiam plásticos. Neste sentido, este trabalho objetiva estudar o processo de injeção de cabedais monocolores em PVC, numa indústria do ramo calçadista, produzidos com adição de mistura reciclada através de processo convencional (injeção direta em máquina horizontal), afim de se obter a melhor parametrização para um modelo específico, com foco na obtenção de peças com qualidade e propriedades mecânicas similares as injetados com PVC virgem. Utilizou-se de ferramentas de simulação numérica (CFD), técnicas experimentais e ensaios mecânicos de dureza, microscopia óptica, tração (não normatizados). Observou-se que para o modelo em estudo (cabedal Summer), parâmetros como a temperatura do material, pressão (injeção, recalque e contra pressão) e velocidade de injeção do material no molde, ocasionam interferências e problemas na moldagem das peças, gerando produtos de baixa qualidade. As simulações através de software comprovaram os resultados obtidos nos experimentos gerados pela matriz experimental, apontando os parâmetros ideais para a produção do modelo em questão, considerando as mesmas condições operacionais. Os ensaios realizados apontaram que as propriedades mecânicas foram pouco afetadas pela adição de material reciclado, sendo possível a produção em escala industrial de cabedais monocolores (preto), utilizando-se material reprocessado (1 ciclo), sem alteração significativa nas características mecânicas, visuais e de conforto. / The high recyclability of plastic materials has increasingly driven the formation of recycledbased products, which has become an eco-sustainable and cost-effective alternative for companies use plastics as now materials. This work aims at investigating the monochromatic uppers injection process in PVC, at an footwear industry, produced from the addition of recycled mixture through the conventional process (direct injection in horizontal machine), in order to obtain the best parameter for a specific model, focusing on obtaining pieces with similar quality and mechanical properties to those injected with virgin PVC. In the methodological part, numerical simulation tools (CFD), experimental techniques and (not standardized) mechanical tests (hardness test, optical microcopy, tension) were used. It was observed that for the focused model, parameters such as material temperature, pressure (injection, discharge and counter pressure) and mass flow rate of injection in the mold, led to interference and problems in molding the parts, resulting in products with low quality. Simulations using software confirmed the results obtained from the experiments generated by the experimental matrix, showing the ideal parameters to produce the modelselected, at the same operational conditions. The performed tests revealed that the mechanical properties were little affected by the addition of recycled material, making possible the production of monochromatic (black) uppers in industrial scale, using reprocessed material (1 cycle) with no significant changes of mechanical, visual and comfort features of the product.

O presente estudo trata de temas relacionados à seleção de materiais e ao design de produto frente às questões ambientais. Percebe-se atualmente a tendência de desenvolvimento de produtos insustentáveis, como é o caso dos multi-materiais. Apesar das vantagens técnicas, esses produtos são causadores de impactos ambientais negativos, já que apresentam dificuldades de reciclagem, decorrentes da complexidade na separação dos seus materiais. Na presente pesquisa discute-se, através de revisão bibliográfica e de estudos práticos, a necessidade de desenvolvimento de soluções a curto prazo para esse problema. O objetivo consiste em estudar a reciclagem de produtos multi-materiais, sem separação prévia, visando a utilização do material resultante em novas aplicações com valor agregado. O estudo divide-se em: (I) Revisão Bibliográfica, (II) Estudo Prático A e (III) Estudo Prático B. Na revisão bibliográfica apresenta-se o contexto teórico e científico a respeito dos temas centrais para posterior discussão dos resultados obtidos nas etapas práticas. O Estudo Prático A envolve a reciclagem de escovas de dente multi-materiais através de micronização. Posteriormente o material resultante foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), teste de densidade, ensaio de tração e análise térmica dinâmico-mecânico (DMA). Apresentou-se ainda a seleção de potenciais áreas de aplicação para o novo material reciclado, por meio de Mapas de Propriedades de Materiais e teste de viabilidade da aplicação selecionada. No Estudo Prático B utilizam-se duas amostras com granulometrias distintas, para avaliar a influência do tamanho das partículas do material reciclado. Na etapa de caracterização, além dos ensaios conduzidos no Estudo A, realizou-se ainda distribuição granulométrica, ensaio de dureza, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise termogravimétrica (TGA). Os resultados demonstraram a viabilidade técnica de se promover a reciclagem de escovas de dente multi-materiais por meio do processo de reciclagem mecânica tradicional sem separação prévia. O material reciclado apresentou potencial para ser utilizado na fabricação de laminado sintético para produção de calçados e componentes. Na avaliação da influência do tamanho das partículas, constatou-se que não houve influência significativa no material resultante. Destaca-se ainda como contribuição e tecnológica deste estudo a proposição de uma alternativa tecnicamente viável para a reciclagem de produtos teoricamente “não-recicláveis”, contribuindo com a redução da geração de resíduos sólidos. / This study deals with issues related to product design and material selection, facing the environmental issues. Developments in design and materials usage unleashed the tendency of developing unsustainable products, as the multi-materials. These products cause severe negative environmental impacts, since its recycling is difficulted by the complexity in separating the materials. In this context, it is argued, through literature review and practical studies, the need of developing short-term solutions to this problem. The objective is to study multi-material products recycling, without previous sorting, aiming the use of the resulting material in applications with added value. The research is divided in three parts: (I) Bibliographic Review, (II) Practical Study A and (III) Practical Study B. Bibliographic Review presents the scientific and theoretic context regarding the central themes for later discussion of the results obtained in the practical parts. Practical Study A involves the reprocessing of multi-material toothbrushes through micronization. Subsequently, the resulting material is characterized by scanning electron microscopy (SEM), density test, tensile test and dynamic mechanical analysis (DMA). It is also presented the selection of potential areas of application for the new recycled material through Materials Properties Charts and a viability test of the selected application. In Practical Study B, two samples of different particle sizes were used to evaluate the influence of the recycled material’s particle sizes. In the characterization stage, in addition to the tests conducted in Study A, granulometric distribution, hardness test, differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) were also performed. The results demonstrated the technical feasibility of reprocessing multi-material toothbrushes through the traditional mechanical recycling process, without previous sorting. The recycled material presented potential for application in synthetic laminates for shoes and components production. Regarding the particles size influence, it was found that there was no significant influence in the resulted material. There is also the technological contribution which is the proposition of an alternative for the recycling of theoretically "non-recyclable" products, contributing to the reduction of solid waste generation.

Mangotes de transferência têm sido utilizados em grande quantidade em operações de descarga de óleo, principalmente em águas profundas, onde existem cargas estáticas e cíclicas variáveis devido ao ambiente de trabalho. Apesar da grande demanda dessas estruturas, seu comportamento é pouco conhecido e discutido na literatura devido a sua complexidade. Além disso, os materiais utilizados nesse equipamento podem ocasionar um elevado número de falhas, sendo muitas vezes superestimados, deixando o mangote com peso excessivo. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise de materiais poliméricos avançados, especificamente fibras de poliaramida e materiais compósitos à base de fibra de carbono, em substituição a materiais tradicionais, utilizando modelos numéricos capazes de prever o comportamento da pressão de ruptura das carcaças e resistência a compressão radial do mangote, além da avaliação em fadiga dos cordonéis à base de poliaramida dessas novas estruturas. Modelos em meso-escala foram desenvolvidos utilizando conceitos de hiperelasticidade e de critérios de falha de materiais compósitos para previsão das tensões e deformações locais em regiões críticas do mangote. Análises numéricas foram realizadas via elementos finitos com o software comercial para auxiliar a elaboração dos modelos e a realização dos cálculos numéricos. Foram realizados ensaios experimentais para validação desses modelos numéricos, bem como para a previsão do comportamento estático e em fadiga dos materiais envolvidos. Foram desenvolvidos dois modelos. Em um modelo foi aplicado pressão interna no mangote para previsão de ruptura das carcaças no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho dos novos reforços de poliaramida. No outro modelo foi aplicada uma carga radial na seção central do mangote para prever a resistência ao esmagamento, no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho do componente de sustentação em material compósito de fibra de carbono. Os resultados dos modelos numéricos apresentaram boa concordância com os resultados experimentais em grande parte das análises. Também se observou que os novos materiais apresentam um grande potencial de substituição dos materiais tradicionais, bem como um excelente comportamento frente a carregamentos estáticos e dinâmicos envolvidos na aplicação, sendo verificada diminuição significativa de peso e aumento do desempenho. / Offloading hoses have been extensively used at offloading oil operations, especially in deep water, where there are variable static and cyclic loads due to the working environment. Despite the great demand for these structures, their behavior is little known and discussed in the literature due to the complexity. In addition, the materials used in this equipment may lead to a high number of failures, being often overestimated, leading to excessive weight. This work aims to develop a methodology for analysis of advanced polymeric materials, specifically polyaramide fibers and carbon fiber composite materials, in the substitution of traditional materials, using numerical models able to predict the static behavior of the burst pressure of the carcasses and radial compression strength of the hose. In addition, fatigue tests were performed to evaluate the polyaramide cords of these new structures. Meso-scale models were developed using advanced hyperplastic and composite failure criteria concepts to predict local stresses and strains in critical regions of the hose. Numerical analyses were performed using finite elements with commercial software to aid the development of models and to carry out numerical calculations. Several experimental tests were performed to validate numerical models, as well as to forecast the static and fatigue behavior of the materials used. Two models were developed. A model is used to predict the burst pressure of the hose in order to evaluate the performance of the new polyaramide reinforcements cords. In the other model, a radial load was applied in the central section of the hose to predict the crushing strength, in which it has the aim of evaluating the performance of the load-bearing component made with carbon fiber composite material. The results of the computer models showed good agreement with the experimental results in most analyses. It was also found that the studied materials offered considerable potential for the substitution of traditional materials, as well as an excellent behavior under static and dynamic loads related to this application, with a significant weight reduction and increased performance of the new configurations over traditional hoses.

As fibras vegetais utilizadas em compósitos de matriz polimérica podem ser tratadas superficialmente para melhorar sua adesão com a matriz. O tratamento químico com hidróxido de sódio (NaOH) é muito utilizado, porém agride a estrutura das fibras, causando diminuição na sua resistência. Este estudo está relacionado à investigação da utilização inovadora de íons hidreto (H-) em meio alcalino como agente protetor de fibras vegetais, neste caso a fibra de sisal, contra agressões químicas e promovendo sua utilização em compósitos poliméricos. Fibras de sisal foram modificadas pela imersão em solução aquosa de NaOH (2, 5 e 10%, m/v), com ou sem a adição de boroidreto de sódio (NaBH4) (1%, m/v), em diferentes tempos e temperaturas de tratamento. As fibras foram neutralizadas, lavadas e secas a 105°C por 1 h e ensaiadas em tração e testes de pull-out em matriz de poliéster insaturado. A presença do NaBH4 foi eficiente em minimizar a degradação da fibra de sisal em meio alcalino, conforme observado por microscopia eletrônica de varredura e pelos resultados de resistência à tração, além de promover a adesão à matriz poliéster. / The vegetable fibers used for polymer matrix composites commonly undergo surface treatment to improve their adhesion with the matrix. The chemical treatment with sodium hydroxide (NaOH) is widely used, but it may damage the fiber structure, consequently reducing its strength. This study focuses on the innovative investigation of hydride ions (H-) as a protective agent for vegetable fibers, in this case sisal, under alkaline conditions, inhibiting chemical damage and promoting their use in polymer composites. Sisal fibers were modified by immersion in a NaOH aqueous solution (2, 5 and 10% wt/vol) with, in some of them, the addition of sodium borohydride (NaBH4) (1% wt/vol), using different treatment conditions (time and temperature). The fibers were neutralized, washed and dried at 105°C for 1 h and analyzed via tensile tests and pull-out evaluations in an unsaturated polyester matrix. The NaBH4 proved effective in minimizing sisal degradation under alkaline conditions, according to scanning electron microscopy and tensile strength results, and also promoted adhesion to the polyester matrix.