O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico reforçado com fibras. Para isso, foram produzidos cilindros com extremidades abertas reforçados com fibra de basalto e fibra de vidro, utilizando a técnica de enrolamento filamentar (filament winding). Estes cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático com carregamento circunferencial, ensaio de ruptura de anel (split disk test) e ensaio de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS). Uma placa do compósito de fibra de basalto foi produzida por enrolamento filamentar, para caracterização por ensaio de resistência à tração. Todos cilindros submetidos ao ensaio hidrostático apresentaram fratura localizada em uma faixa de altura do cilindro, com extensas delaminações das camadas circunferenciais. Os compósitos epóxi/fibra de basalto superaram ou igualaram os de compósito epóxi/fibra de vidro nas comparações entre resultados dos valores das propriedades mecânicas avaliadas, nas porcentagens: resistência à tração aparente de ruptura de anel em 45% e 43% em resistência específica; ILSS, em 11%; resistência/tensão de membrana de ruptura no ensaio hidrostático, em 55%. / The aim of this work was to study the mechanical behavior of fiber reinforced polymer composite cylinders. For this purpose, cylinders reinforced with basalt and glass fibers were produced, with open-ended geometry, using filament winding technique. These cylinders were submitted to hydrostatic test under circunferential loading, split disk (ring segment) test and interlaminar shear strength (ILSS). A basalt fiber composite plate was produced by filament winding for characterization by tensile strength test. All cylinders submitted to hydrostatic test presented fracture located in the height range of the cylinder, with extensive delamination of the circumferential layers. The epoxy/basalt fiber composites overcame or equated the epoxy/glass fiber composites in comparisons between results of the mechanical properties, tensile strength in split disk, in 45% and 43% in specific strength; ILSS in 11%; membrane tensile strength in the hydrostatic test, in 55%.

O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento mecânico de cilindros de compósito polimérico reforçado com fibras. Para isso, foram produzidos cilindros com extremidades abertas reforçados com fibra de basalto e fibra de vidro, utilizando a técnica de enrolamento filamentar (filament winding). Estes cilindros foram submetidos a ensaio hidrostático com carregamento circunferencial, ensaio de ruptura de anel (split disk test) e ensaio de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS). Uma placa do compósito de fibra de basalto foi produzida por enrolamento filamentar, para caracterização por ensaio de resistência à tração. Todos cilindros submetidos ao ensaio hidrostático apresentaram fratura localizada em uma faixa de altura do cilindro, com extensas delaminações das camadas circunferenciais. Os compósitos epóxi/fibra de basalto superaram ou igualaram os de compósito epóxi/fibra de vidro nas comparações entre resultados dos valores das propriedades mecânicas avaliadas, nas porcentagens: resistência à tração aparente de ruptura de anel em 45% e 43% em resistência específica; ILSS, em 11%; resistência/tensão de membrana de ruptura no ensaio hidrostático, em 55%. / The aim of this work was to study the mechanical behavior of fiber reinforced polymer composite cylinders. For this purpose, cylinders reinforced with basalt and glass fibers were produced, with open-ended geometry, using filament winding technique. These cylinders were submitted to hydrostatic test under circunferential loading, split disk (ring segment) test and interlaminar shear strength (ILSS). A basalt fiber composite plate was produced by filament winding for characterization by tensile strength test. All cylinders submitted to hydrostatic test presented fracture located in the height range of the cylinder, with extensive delamination of the circumferential layers. The epoxy/basalt fiber composites overcame or equated the epoxy/glass fiber composites in comparisons between results of the mechanical properties, tensile strength in split disk, in 45% and 43% in specific strength; ILSS in 11%; membrane tensile strength in the hydrostatic test, in 55%.

O interesse na utilização de fibras naturais com matrizes poliméricas para a preparação de compósitos espalhou-se rapidamente ao longo dos últimos anos. No entanto, a adesão interfacial entre a fibra e a matriz tem ainda de ser aperfeiçoada. Para melhorar a adesão entre os constituintes e, consequentemente as propriedades mecânicas e térmicas dos materiais, duas abordagens foram investigadas: a irradiação por feixe de elétrons e a mercerização. Este trabalho descreve a fabricação e caracterização de biocompósitos de polietileno de alta densidade e fibra do ouriço da castanha do Brasil que foram preparadas por duas metodologias diferentes: a primeira foi irradiar o compósito com 150 kGy e a segunda foi irradiar a matriz com 15 kGy e então produzir o compósito. Para ambas as metodologias foram utilizadas fibras naturais mercerizadas e não mercerizadas. O efeito dos tratamentos estudados para melhorar a adesão entre a fibra e a matriz polimérica foi avaliado através de caracterizações mecânica, química, térmica e morfológica. Com base neste estudo, observou-se que a fibra do ouriço da castanha do Brasil é um material tecnicamente viável para uso como reforço em compósitos poliméricos. Observou-se que o processo de irradiação da matriz seguida da produção dos compósitos é um método eficaz para melhorar as propriedades térmicas e mecânicas dos compósitos biopoliméricos e que, quando comparado com o processo de mercerização, esse método pode ser considerado mais ambientalmente correto (sem produtos químicos e sem geração de resíduo), mais barato e mais simples. / The interest in the use of natural fibres with polymeric matrix for the preparation of composite spread rapidly over the last years. However, the interfacial adhesion between the fiber and the matrix has to be improved. To improve the adhesion between the constituents and consequently the mechanical and thermal properties of materials, two approaches were investigated: electron beam irradiation and mercerization. This paper describes the fabrication and characterization of biocomposites compounds with high density polyethylene and fibre from Brazil nut pod that were prepared by two different methods: the first irradiating the composite with 150 kGy and the second was radiating matrix with 15 kGy and then produce the composite. For both methodologies, natural fibers, mercerized and non-mercerized were used. The effect of the treatments to improve adhesion between the fiber and the polymer matrix was evaluated through mechanical, chemical, thermal and morphology charcterization. Based on this study, it was observed that fibre from Brazil nut pod is a technically viable material for use as reinforcement in polymer composites. It was observed that the process of matrix irradiation followed by the composite fabrication is an effective method for improving the thermal and mechanical properties of the composites, when compared with mercerization process, this method can be considered more environmentally friendly (no chemicals, and without generating waste), cheaper and simpler.

La aplicación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados mediante fibras largas (FRP, Fiber Reinforced Plastic), está en gradual crecimiento debido a las buenas propiedades específicas y a la flexibilidad en el diseño. Uno de los mayores consumidores es la industria aeroespacial, dado que la aplicación de estos materiales tiene claros beneficios económicos y medioambientales. Cuando los materiales compuestos se aplican en componentes estructurales, se inicia un programa de diseño donde se combinan ensayos reales y técnicas de análisis. El desarrollo de herramientas de análisis fiables que permiten comprender el comportamiento mecánico de la estructura, así como reemplazar muchos, pero no todos, los ensayos reales, es de claro interés. Susceptibilidad al daño debido a cargas de impacto fuera del plano es uno de los aspectos de más importancia que se tienen en cuenta durante el proceso de diseño de estructuras de material compuesto. La falta de conocimiento de los efectos del impacto en estas estructuras es un factor que limita el uso de estos materiales. Por lo tanto, el desarrollo de modelos de ensayo virtual mecánico para analizar la resistencia a impacto de una estructura es de gran interés, pero aún más, la predicción de la resistencia residual después del impacto. En este sentido, el presente trabajo abarca un amplio rango de análisis de eventos de impacto a baja velocidad en placas laminadas de material compuesto, monolíticas, planas, rectangulares, y con secuencias de apilamiento convencionales. Teniendo en cuenta que el principal objetivo del presente trabajo es la predicción de la resistencia residual a compresión, diferentes tareas se llevan a cabo para favorecer el adecuado análisis del problema. Los temas que se desarrollan son: la descripción analítica del impacto, el diseño y la realización de un plan de ensayos experimentales, la formulación e implementación de modelos constitutivos para la descripción del comportamiento del material, y el desarrollo de ensayos virtuales basados en modelos de elementos finitos en los que se usan los modelos constitutivos implementados. / The application of polymer-based composites reinforced by long fibers, called advanced Fiber Reinforced Plastic (FRP), is gradually increasing as a result of their good specific mechanical properties and increased flexibility of design. One of the largest consumers is the aerospace industry, since the application of these materials has clear economic and environmental benefits. When composites are to be used in structural components, a design development program is initiated, where a combination of testing and analysis techniques is typically performed. The development of reliable analysis tools that enable to understand the structure mechanical behavior, as well as to replace most, but not all, the real experimental tests, is of clear interest. Susceptibility to damage from concentrated out-of-plane impact forces is one of the major design concerns of structures made of advanced FRPs used in the aerospace industry. Lack of knowledge of the impact effects on these structures is a factor in limiting the use of composite materials. Therefore, the development of virtual mechanical testing models to analyze the impact damage resistance of a structure is of great interest, but even more, the prediction of the post-impact residual strength. In this sense, the present thesis covers a wide range of analysis of the low-velocity and large mass impact events on monolithic, flat, rectangular, polymer-based laminated composite plates with conventional stacking sequences. Keeping in mind that the main goal of this work is the prediction of the residual compressive strength of an impacted specimen coupon, a set of different tasks are performed in order to provide suitable tools to analyze the problem. Accordingly, the topics which are addressed in this thesis are: the analytical description of the impact, the design and the realization of an experimental test plan, the formulation and implementation of constitutive models for the description of the composite material behavior, and the assessment of the performance of virtual tests based on finite element models where the constitutive models are used.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-06-25T20:43:17Z No. of bitstreams: 1 DIVÂNIA FERREIRA DA SILVA – TESE (UAEMa) 2015.pdf: 6209897 bytes, checksum: dff0cafabba0ab449d69fdaef6faf3af (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-25T20:43:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIVÂNIA FERREIRA DA SILVA – TESE (UAEMa) 2015.pdf: 6209897 bytes, checksum: dff0cafabba0ab449d69fdaef6faf3af (MD5) Previous issue date: 2018-06-25 / Capes / O objetivo deste trabalho foi desenvolver blendas de poliestireno/composto de resíduo de borracha de estireno-co-butadieno (PS/SBRr) da indústria calçadista visando tenacificar o PS e reaproveitar o SBRr. As blendas foram preparadas nas composições (70/30; 60/40 e 50/50%) em massa e com 5% do compatibilizante estireno-butadieno-estireno (SBS). A fim de se estudar o efeito da sequência de mistura, escolheu-se a composição 50/50% que apresentou o melhor resultado de resistência ao impacto. As sequências realizadas foram: PS/SBRr/SBS 47,5/47,5/5%; PS/SBRr + SBS 47,5/47,5 + 5% e PS/SBS + SBRr 47,5/5 + 47,5% em massa. As blendas foram preparadas por extrusão seguida de injeção e caracterizadas por reometria de torque, tração, impacto, flexão, temperatura de deflexão térmica (HDT), análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Observou-se nos resultados dos ensaios mecânicos redução no módulo de elasticidade e na resistência à tração e um aumento significativo na resistência ao impacto quando comparados ao PS para todas as composições. A HDT das misturas reduziu pouco em relação ao PS. A sequência de mistura proporcionou bons resultados das propriedades mecânicas, principalmente na composição PS/SBS + SBRr 47,5/5 + 47,5% em massa. Por MEV e MET, pôde-se observar que as blendas compatibilizadas obtiveram uma melhor distribuição das partículas de borracha com uma morfologia mais estável que as não compatibilizadas. Estes resultados foram confirmados por meio dos maiores valores de resistência ao impacto, o que indica a ação do compatibilizante melhorando a adesão entre os componentes desta blenda. Por DMTA constatou-se que estas blendas são imiscíveis. Portanto, fica evidenciada a importância da reutilização dos resíduos de borracha tanto para a tenacificação do PS como também para a redução dos problemas causados ao meio ambiente, quando estes são descartados de forma indevida. / The aim of this study was to develop blends of polystyrene/compound of rubber waste (PS/SBRr) of the shoes industry aiming to tough the PS and to reuse the SBRr. The blends were prepared in the compositions (70/30; 60/40 and 50/50 wt.%) and with 5 wt.% of styrene-butadiene-styrene compatibilizer (SBS). In order to study the effect of mixing sequence, the 50/50 wt.% composition, which presented the best result in impact strength, was selected. The sequences were PS/SBRr/SBS 47.5/47.5/5%; PS/SBRr + SBS 47.5/47.5 + 5% and PS/SBS + SBRr 47.5/5 + 47.5 wt.%. The blends were prepared by co-rotational twin screw extruder and molded by injection and characterized by torque rheometer, mechanical properties, heat deflection temperature (HDT), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). From the mechanical tests, a reduction in elastic modulus and tensile strength and a significant increase in impact strength were observed in relation to PS. The HDT for all blends was reduced compared to the PS. The mixing sequence showed good results in mechanical properties, especially in composition PS/SBS + SBRr 47.5/ 5 + 47.5 wt.%. By SEM and TEM it can be seen that the compatibilized blends presented a better distribution of the rubber particles with a morphology that was more stable than the one that was not compatibilized. These results were confirmed by the highest impact strength values, indicating the compatibiliz er action that improves adhesion among the components of the blend. By DMTA it was possible to state that these blends are immiscible. Hence, the importance of the reusing of rubber wastes is evidenced both for toughening of the PS and for the reduction of problems caused to the environment, when they are discharged improperly.

O interesse na utilização de fibras naturais com matrizes poliméricas para a preparação de compósitos espalhou-se rapidamente ao longo dos últimos anos. No entanto, a adesão interfacial entre a fibra e a matriz tem ainda de ser aperfeiçoada. Para melhorar a adesão entre os constituintes e, consequentemente as propriedades mecânicas e térmicas dos materiais, duas abordagens foram investigadas: a irradiação por feixe de elétrons e a mercerização. Este trabalho descreve a fabricação e caracterização de biocompósitos de polietileno de alta densidade e fibra do ouriço da castanha do Brasil que foram preparadas por duas metodologias diferentes: a primeira foi irradiar o compósito com 150 kGy e a segunda foi irradiar a matriz com 15 kGy e então produzir o compósito. Para ambas as metodologias foram utilizadas fibras naturais mercerizadas e não mercerizadas. O efeito dos tratamentos estudados para melhorar a adesão entre a fibra e a matriz polimérica foi avaliado através de caracterizações mecânica, química, térmica e morfológica. Com base neste estudo, observou-se que a fibra do ouriço da castanha do Brasil é um material tecnicamente viável para uso como reforço em compósitos poliméricos. Observou-se que o processo de irradiação da matriz seguida da produção dos compósitos é um método eficaz para melhorar as propriedades térmicas e mecânicas dos compósitos biopoliméricos e que, quando comparado com o processo de mercerização, esse método pode ser considerado mais ambientalmente correto (sem produtos químicos e sem geração de resíduo), mais barato e mais simples. / The interest in the use of natural fibres with polymeric matrix for the preparation of composite spread rapidly over the last years. However, the interfacial adhesion between the fiber and the matrix has to be improved. To improve the adhesion between the constituents and consequently the mechanical and thermal properties of materials, two approaches were investigated: electron beam irradiation and mercerization. This paper describes the fabrication and characterization of biocomposites compounds with high density polyethylene and fibre from Brazil nut pod that were prepared by two different methods: the first irradiating the composite with 150 kGy and the second was radiating matrix with 15 kGy and then produce the composite. For both methodologies, natural fibers, mercerized and non-mercerized were used. The effect of the treatments to improve adhesion between the fiber and the polymer matrix was evaluated through mechanical, chemical, thermal and morphology charcterization. Based on this study, it was observed that fibre from Brazil nut pod is a technically viable material for use as reinforcement in polymer composites. It was observed that the process of matrix irradiation followed by the composite fabrication is an effective method for improving the thermal and mechanical properties of the composites, when compared with mercerization process, this method can be considered more environmentally friendly (no chemicals, and without generating waste), cheaper and simpler.