La thèse s'inscrit dans le cadre du projet ECOCIS (Eco-composite pour l'Isolation). Ce projet vise la conception, le développement et la validation des performances d'un composite à base de polypropylène renforcé avec des fibres de bois (également appelé bois-plastique) pour utilisation en plaque de bardage par l'extérieur. Ce nouveau matériau s'inscrit dans la problématique de valorisation de la ressource bois sous forme de matériaux élaborés.On s'intéresse plus particulièrement à l'utilisation de la farine de bois issue des déchets des scieries pour le renforcement d'une matrice thermoplastique en polypropylène (PP) recyclé. Le premier avantage de ce composite est qu'il est écologique vu que le polypropylène est recyclable et les fibres de bois sont biodégradable et dérivent d'une ressource renouvelable. De plus, l'association des fibres de bois et de PP donne naissance à un matériau qui présente des propriétés bien meilleures que les composants initiaux.Une compagne expérimentale a été organisée, qui se concentre sur les essais de caractérisation du matériau en traction, en flexion, au choc Charpy. Des mesures complémentaires de dilatation thermique et de vieillissement artificiel sont également considérées. Ces essais vont permettre de déterminer la loi de comportement du matériau et de comprendre l'évolution de ses propriétés avec les différents paramètres. Une fois les propriétés du matériau ont été validées, l'étape suivante consiste à mettre ce matériau en valeur en le transformant à des plaques de bardages pour une utilisation à l'extérieur. Une caractérisation des plaques en flexion, au choc et à la résistance au vent a été réalisée afin de valider la possibilité d'utilisation de ce matériau en bardage par l'extérieur / The thesis is part of ECOCIS project (Eco-composite for insulation). This project involves the design, development and validation of the performance of a polypropylene-based composite reinforced with wood fibers (also known as wood-plastic) for use in cladding plate from the outside. This new material is part of the valuation issue of wood resources in the form of prepared materials.It focuses on the use of wood flour from waste from sawmills for reinforcing a thermoplastic matrix of polypropylene (PP) recycled. The first advantage of this composite is that it is environmentally friendly because recyclable polypropylene and wood fibers are biodegradable and derived from a renewable resource. Moreover, the combination of wood fiber and PP gives rise to a material with much better properties than the original components.An experimental companion was organized, focusing on the characterization tests of traction material, bending, Charpy impact. Additional measurements of thermal expansion and artificial aging are also considered. These tests will help determine the behavior law of the material and to understand the evolution of its properties with different parameters. Once the properties of the material have been validated, the next step is to put this material by converting it into value for cladding plates for outdoor use. A characterization of the plates in bending, impact and wind resistance was performed to validate the potential use of this cladding material from the outside

Abstract The main object of this thesis was to research injection mouldable 0–3 type ceramic polymer composites and their dielectric and magnetic properties in the GHz frequency region. The work has been divided into three sections. In the first section, two–phase ceramic polymer composites containing dielectric and magnetic fillers have been investigated and their characteristics analysed by reference to pre–existing mixing rules. The exploitation of these composites in miniaturizing devices, such as antennae, is presented and discussed. The second part describes three phase composites containing different nanosize additives (silver, silicon and alumina fibres) towards improving their dielectric properties. In the third part, some periodical and multilayer structures for ceramic polymer composite layers are proposed. In the case of two–phase ceramic polymer composites, with 37 vol.% of dielectric filler (Barium Strontium Titanate, BST) embedded into a thermoplastic polymer (ER140) matrix, the highest measured relative permittivity was 15 with a dielectric loss value of 0.008 at 1 GHz. With 43 vol.% of magnetic filler (hexaferrite, CO2Z) in ER182 matrix, the highest achieved relative permeability was 1.8 with a magnetic loss value of 0.077 at 1 GHz. Composites with Co2Z filler provide a 77% size reduction, and could thus be used advantageously in antennae. It was found that a 2–6 vol.% nanoaddition in BST–ER140 composites enhanced the relative permittivity drastically with only a minor effect on the dielectric losses. In particular, with only 2 vol.% addition of nanosize silver particles into the BST–ER140 composite, a 52% increase in the relative permittivity was obtained, with no significant change in the dielectric losses (tan δε = 0.004). Vertically and horizontally periodical dielectric composite structures comprising layers of different dielectric properties have been fabricated as well as multilayered structures containing dielectric and magnetic layers. The measurement results indicate that such multimaterial multilayer structures are good candidates for components with reduced dielectric and magnetic losses. / Tiivistelmä Väitöstyön tavoitteena oli tutkia ruiskuvalettavien 0–3 –liitännäisten keraami-polymeerikomposiittien ominaisuuksia erityisesti niiden GHz-taajuusalueen dielektristen ja magneettisten ominaisuuksien kannalta. Työ on jaettu kolmeen osaan. Ensimmäisessä osassa on tutkittu kaksikomponenttisia keraami-polymeerikomposiitteja, joissa täytemateriaali on joko dielektristä tai magneettista materiaalia. Komposiittien ominaisuuksia on analysoitu jo olemassa olevien seosmallinnuskaavojen avulla. Komposiittien hyödyntämistä erilaisten sovellusten, kuten antennien, minityrisoinnissa on myös käsitelty. Toinen osa käsittelee kolmikomponenttisia komposiitteja, joissa lisäaineena on käytetty pieniä määriä nanomateriaaleja (hopea- ja piipartikkelit sekä alumiinioksidikuitu) tarkoituksena parantaa komposiitin dielektrisiä. Kolmannessa osassa on tutkittu periodisia ja monikerroksisia keraami- polymeerikomposiittirakenteita rakenteita. Kaksikomponenttisten keraami-polymeerikomposiittien tapauksessa suurin permittiivisyyden arvo 15 dielektristen häviöiden ollessa 0.008 (mittaustaajuus 1 GHz) saatiin komposiitille, jossa dielektristä täytemateriaalia (Barium Strontium Titanaatti, BST) oli 37 tilavuus-% termoplastisessa polymeerimatriisissa (ER140). Korkein saavutettu permeabiliteetin arvo 1.8 magneettisten häviöiden ollessa 0.077 (mittaustaajuus 1 GHz) saatiin komposiitille, jossa magneettista täyteainetta (hexaferriitti, Co2Z) oli 43 tilavuus-% ER182 -matriisissa. Tämä täyteaine mahdollistaa nykyistä jopa 77 % pienempien antennielementtien kehittämisen. Tukimuksessa todettiin 2–6 tilavuus-% nanomateriaalin lisäyksen BST-ER140 -komposiitteihin kasvattavan permittiivisyyttä merkittävästi juurikaan vaikuttamatta dielektrisiin häviöihin. Erityisesti 2 tilavuus-% hopeananopartikkeleiden lisäys BST-ER140 -komposiitteihin kasvatti permittiivisyyttä 52 % dielektristen häviöiden (tan δε =  0.004) kasvamatta. Työssä on myös tutkittu periodisesti (vertikaali ja horisontaali) koostettuja dielektrisiä komposiittirakenteita, jossa eri kerroksissa on erilaiset dielektriset ominaisuudet sekä monikerrosrakenteita, joissa vuorottelevat dielektriset ja magneettiset kerrokset. Mittaukset osoittivat, että monimateriaaliset monikerrosrakenteet ovat hyviä kandidaatteja komponentteihin, jotka vaativat pieniä dielektrisiä ja magneettisiä häviöitä.

Os compósitos são materiais formados por duas fases de diferentes propriedades químicas e físicas, sendo uma matriz e um reforço, que apresentam alta rigidez, melhores respostas à fadiga sob cargas cíclicas, leveza e resistência mecânica, o que os torna viáveis para substituir materiais nobres e de custo elevado, com diversas aplicações na aeronáutica, nos esportes, na indústria bélica e principalmente na construção civil. Além disso, os compósitos podem ser obtidos a partir da incorporação de resíduos em sua composição, solucionando problemas como o descarte irregular. Com o intuito de contribuir nessa área de conhecimento o presente estudo propôs o desenvolvimento de um compósito em forma de placas poliméricas a partir da incorporação do agregado reciclado de poliuretana termofixa reciclado à resina vegetal de mamona e à mantas de fibra de vidro. Para isso, o trabalho estabeleceu uma metodologia na qual o resíduo industrial de poliuretana termofixa é transformado em agregado reciclado, a partir de processos de corte e moagem, caracterização e classificação segundo as normas NBR 10.004 a 10.007 (ABNT, 2004). Na sequência, com o auxílio de uma prensa térmica, foi possível confeccionar as placas poliméricas e caracterizálas quanto às suas propriedades mecânicas (tração, flexão, punção), físicas (absorção em água, inchamento, densidade e dureza), térmicas (condutividade térmica) e quanto ao seu potencial de durabilidade (resistência ao impacto, à abrasão superficial, ao ataque químico, à exposição ao ultravioleta e às intempéries, resistividade elétrica e flamabilidade). Os resultados obtidos por meio dos ensaios realizados apontaram que os parâmetros ensaiados comportaram-se como materiais semelhantes àqueles utilizados na construção civil, o que possibilita a utilização do material desenvolvido nesta pesquisa em aplicações por este setor. / This study proposes the development of a composite material in the form of polymer slabs. The material is created from the incorporation of recycled thermoset polyurethane to castor oil resin and glass fiber mats. Composite materials are formed by two phases with different chemical and physical properties. One phase is a matrix, and the other a reinforcement. These materials are highly stiff, light, have mechanical strength and present better responses to fatigue under cyclic loads. These properties make them a substitute for noble materials, being eligible for uses in aviation, sports, the arms industry and, specially, civil construction. Furthermore, composites may be obtained by the incorporation of residue, solving problems of waste disposal. In the procedures undertaken, the industrial waste of thermoset polyurethane is transformed into a recycled aggregate, achieved by the cutting, grinding, characterization and classification in compliance to the ABNT standards (NBR 10.004 to10.007). Afterwards, with the use of a thermal press, it was possible to produce the slabs and characterize them according to the following properties: mechanical (tensile strength, and puncture), physical (water absorption, swelling and stiffness), thermal (conductivity) and the potential durability (resistance to impact, abrasion, chemical attack. ultraviolet and weather exposure, electrical resistance, and flammability). The test results indicated that the composite behaves similarly to materials used in civil construction, which enables its use in the area.

Cieľom diplomovej práce je príprava polymerných kompozitov vyztužených sklenenými vláknami s riadenou medzifázou za použitia metódy plazmochemickej depozície z plynnej fáze a monomeru tetravinylsilanu. Teoretická časť je zameraná na literárnu rešerš o plazme, plazmovej polymerácií, tenkých vrstvách a kompozitoch. Experimentálna časť popisuje použité materiály a aparaturu použitú na povrchovú modifikáciu sklenených vlákien a prípravu vláknom vyztužených kompozitov. Povrchová úprava sklenených vlákien prebiehala za rôznych depozičných podmienok. Chemické a mechanické analýzy vytvorenej medzivrstvy prebiehali za použitia FTIR spektrometrie a vrypového testu. Vliv povrchovej úpravy bol zistený pomocou získanej interlaminárnej šmykovej sily použítím testu krátkych trámečkov.

Předložená disertační práce se zabývá zesílením kruhových železobetonových sloupů pomocí vlákny vyztužených polymerů (tzv. FRP – fibre reinforced polymer) namáhaných laterálním cyklickým zatížením. Tato výzkumná studie se zaměřuje na zkoumání využití FRP tkaniny pro dodatečné zesílení, zlepšení chování kruhových železobetonových sloupů a vytvoření návrhového algoritmu pro zesílení kruhového sloupu pomocí kompozitních FRP materiálů. Návrhový algoritmus byl odvozen na základě analytické studie, numerických simulací a výsledků experimentální činnosti. Na základě těchto výsledků byl navržen postup pro návrh zesílení sloupů ovinutím, který předpovídá chování železobetonových sloupů vystavených laterálním cyklickým zatížením. Při experimentální práci byly zkušební vzorky zatíženy současně axiální sílou a příčným cyklickým zatížením. Toto bylo provedeno dvěma různými způsoby. První způsob zatěžování byl proveden konstantní velikostí laterální síly po daný počet cyklů (1 milion) se sledováním změny deformace. A druhý způsob provedení spočíval v zatížení konstantní deformací se sledováním úbytku síly během zatěžovací zkoušky. Dizertační práce rovněž předkládá přehled současného stavu poznání zesílení železobetonových kruhových sloupů ovinutím FRP tkaninou vystavených působení seismického zatížení. Dále uvádí přehled návrhových metodik a normová ustanovení Eurokódu a ACI. Experimentální program byl proveden za účelem ověření chování ovinutých kruhových sloupů při působení laterálního cyklického zatížení. Závěr práce sumarizuje poznatky o chování sloupů zesílených ovinutím FRP tkaninou při působení laterálního cyklického zatížení a představuje empirický model pro návrh zesílení ovinutím při vysokém a nízkém cyklickém zatížení.

The doctoral thesis is aimed at preparation of glass fiber reinforced polymer composites with controlled interphase formed by plasma-polymerized tetravinylsilane and tetravinylsilane/oxygen thin films. The thin polymer films of specific physico-chemical properties and thickness were deposited to improve interfacial adhesion of glass fiber/polyester composites. The fiber surface modification was performed by using plasma enhanced chemical vapor deposition in low-temperature RF plasma operating in an various effective power range and different treatment time. Test results were examined in relation to the interlayer thickness and different treatment conditions. The prepared interlayers were analyzed to evaluate physico-chemical composition and properties (XPS, RBS, ERDA, FTIR and spectroscopic elipsometry). Selected mechanical properties were evaluated by AFM. Mechanical response of plasma interlayers was evaluated by short beam shear test and direct method of testing the interfacial shear strength using microindentation. The interphase shear failure was controlled by the shear strength at the interlayer/fiber interface as follows from experimental and model data.

Die vorliegende Forschungsarbeit resultierte aus dem Ansatz, die theoretisch ableitbaren Vorteile der Werkstoffgruppe WPC (Wood Polymer Composite) zur Herstellung von Gleitelementen für fördertechnische Anwendungen (z.B. Gleitschienen in Stückgutförderern) zu nutzen. Diesem Ansatz lag der Gedanke zu Grunde, dass der anfängliche abrasive Verschleiß der polymeren Komponente als Schmiermittel den Abrieb und den Reibwert der stärker tragenden Holzkomponente verringert. Im WPC würde damit eine Funktionstrennung zwischen „tragendem“ Holz und „schmierendem“ Kunststoff vorherrschen. Darauf aufbauend erschien die These zulässig, dass sich im tribologisch aktiven Maschinenteil (Gleitschienen) die typischen Verschleißursachen hochbelasteter polymerer Gleitelemente wie einer starke Abrasion der Reibpartner, mechanische Überlast und damit Deformation in den Kontaktstellen und thermisch bedingter Verschleiß durch Temperaturstau in der Reibzone durch gezielten Holzzusatz in eine Kunststoffmatrix minimieren bzw. zu höheren Grenzen hin verschieben lassen. Diese These wurde in verschiedenen tribologischen Untersuchungen an spritzgegossenen und extrudierten Versuchskörpern grundlegend bestätigt. Die dargestellten Ausführungen zu den Untersuchungen gliedern sich inhaltlich in drei Schwerpunkte. Im ersten Punkt werden die Ergebnisse aus einfachen Tests zum grundlegenden Reibungsverhalten von WPC unter Nutzung des Stift–Scheibe–Versuches und einer nach praxisnahen fördertechnischen Anforderungen konzipierten Versuchseinrichtung vorgestellt sowie in den Stand der Technik eingeordnet. Die Praxisnähe der Versuche wird dabei durch die Probeauswahl weiter erhöht, indem Versuchskörper aus extrudierten Halbzeugen (Terrassendecks aus kommerziellen WPC) und Segmenten aus Förderketten ausgewählt werden. Die daraus resultierenden Aussagen ermöglichen erste Erkenntnisse hinsichtlich des dynamischen Reibwertes des WPC im relevanten tribologischen Belastungsspektrum für Gleitschienen. Im zweiten Punkt wird, aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen, eine Betrachtungsweise vorgestellt, die neben dem Reibwert Aussagen zum Verschleißverhalten beinhaltet und eine vereinfachte Möglichkeit bietet, mittels des „Tribologiewertes“ die gewonnenen Erkenntnisse in einer praxisnahen Sichtweise darzustellen. Zudem wird die Versuchsmatrix hinsichtlich der verwendeten Parameter (Reibpartner, Reibgeschwindigkeit, theoretischer Flächenpressung) konkretisiert und erweitert. Die vorgestellte Betrachtungsweise und das verwendete Parameterfeld werden an spritzgegossenen Proben aus tribologisch „bekannten“ Materialien (Stand der Technik) und den Bestandteilen des untersuchten WPC (PP, PE, Fichte) überprüft. Weiterhin wird an vergleichbaren Proben aus WPC (50% PP / 50% Weichholz Fichte/Tanne) das tribologische Verhalten des Holzkunststoff - Verbundes klassifiziert. Dieses Verhalten wird hinsichtlich der tribologisch „bekannten“ Materialien in den Stand der Technik eingeordnet und eine These zum Wirkmechanismus bezüglich des Reibungs- und Verschleißverhaltens von WPC vorgestellt. Der dritten Punkt beinhaltet vertiefende Untersuchungen an spritzgegossenen Proben aus WPC mit 50% Weichholz und 50% PP - Matrix hinsichtlich des Einflussesder Spritzrichtung bzw. Holzpartikelorientierung, einer Wasserlagerung, der Konzentration des Haftvermittlers, einer Oberflächenbearbeitung. Weiterhin werden Aussagen zum Reibungs- und Verschleißverhalten von WPC mit PE-Matrix an spritzgegossenen Proben erarbeitet und eine erste Gegenüberstellung der Herstellungsverfahren Spritzguss und Extrusion vorgenommen. Die Untersuchungen ermöglichten in Summe das Gleitreibungs- und Verschleißverhalten des WPC grundlegend aber nicht vollständig zu charakterisieren. Die tribologischen Betrachtungen zur Werkstoffgruppe WPC stehen noch am Anfang ihrer Entwicklung. Die dargestellten Ergebnisse sind somit zudem als Startpunkt eines wissenschaftlichen Diskurses zu sehen.

In diesem Paper werden Untersuchungen eines Tiefziehwerkzeugs aus Mineralguss vorgestellt. Der Grund für die Verwendung von Mineralguss als alternativen Werkstoff für schnelle Werkzeuge liegt in den relativ geringen Initialkosten zur Herstellung und seiner Eignung für Kleinserien und Prototypenversuche. Ähnliche Konzepte mit Werkzeugen aus Mineralguss haben gezeigt, dass eine entscheidende Grenze in der Tribologie und dem bei diesem Werkstoff großen Oberflächenverschleiß liegt. Daher fokussiert das vorliegende Paper auf die Ergebnisse der Analyse verschiedener Mineralgussmischungen unter Anwendung von Streifenzugbiegeversuchen. Die Reibzahl wurde hierbei berechnet und vergleichend einem Stahlwerkzeug gegenübergestellt. / This paper presents the investigation of polymer concrete drawing tools for deep drawing operations. The goal of using polymer concrete as an alternative material is a rapid tooling process at relatively low initial tools costs that is suitable for small batch production. Similar concepts based on hydraulic concrete and polymer composites have shown that the surface tri-bology and consequently wear is the main limiting factor. Therefore, this paper focusses on the results of strip draw-bending tests with different polymer concrete mixtures. The friction coefficient is calculated and compared to a steel tool.

The sectional beam is the essential detail of an overhead conveyor. The construction element is stressed by time-varying mechanical and tribological loads. Here, we discuss the influence of the manufacturing process on the mechanical properties and the serviceability of the extruded profile in a selected application. The development of existing formulas and processing parameters are shown with the objective to expand the material application from WPC-decking to use in mechanical engineering. / Das Tragprofil ist das zentrale Element in einem Hängefördersystem. Das Bauteil wird durch zeitlich veränderliche mechanische und tribologische Lasten beansprucht. Nachfolgend wird der Einfluss des Herstellungsprozesses auf die mechanischen Eigenschaften und die Gebrauchsfähigkeit eines extrudierten Trag- und Gleitprofils aus WPC im gewählten Anwendungsfall vorgestellt. Die notwendige Weiterentwicklung bestehender Rezepturen und Verarbeitungsverfahren wird aufgezeigt, um den Anwendungsbereich des Werkstoffes WPC vom Bereich Terassendielen auf den Maschinenbau zu erweitern.

No description available.