Neste trabalho foram realizados estudos experimentais da aplicação de plasmas excitados por micro-ondas para o tratamento da superfície de fibras de carbono (FCs) em dois modos de exposição. No primeiro, as amostras de FC são tratadas imersas ao meio ionizante do plasma (aqui denominado de "descarga direta"), e o segundo, as FCs são posicionadas em regiões adjacentes, denominada de pós-descarga. O objetivo do trabalho foi avaliar a ação desses plasmas nas características físicas e químicas da superfície das fibras. Uma metodologia inédita da técnica de goniometria foi aplicada na caracterização da superfície das FCs, possibilitando verificar a ação efetiva dos plasmas na modificação das mesmas. Todos os tratamentos conferiram elevada molhabilidade às FCs, inclusive para as amostras tratadas na pós-descarga à distância de 60 cm da fonte de plasma. Amostras tratadas por aproximadamente 5 s na descarga direta mantiveram molhabilidade total mesmo decorrido um mês após o tratamento. Pelas imagens de microscopia não foram observadas alterações significativas na morfologia das FCs tratadas. As amostras tratadas por 10 s na descarga direta apresentaram redução expressiva na razão I(D)/I(G) dos espectros Raman, o que indica aumento do grau de ordenação das estruturas, devido à ação do plasma na remoção de camadas amorfas fracamente ligadas. Dentre as técnicas de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR) utilizadas, a Refletância Total Atenuada com cristal de Ge (FT-IR/ATR/Ge) possibilitou constatar que os plasmas agem nas FCs em um grau de profundidade da ordem de frações de micrometros, mesmo para os tratamentos rápidos. Porém, essas mesmas amostras apresentaram redução da intensidade espectral de praticamente todas as bandas. Estes resultados indicam que as mudanças ocasionadas pelos plasmas são predominantemente químicas e a molhabilidade está relacionada com as alterações ocorridas nas camadas mais próximas da superfície das FCs. O sistema a plasma de micro-ondas em pós-descarga é o que apresenta maior potencial de aplicação industrial, por este operar em uma faixa maior de pressão, inclusive em pressão atmosférica, o que possibilita o tratamento das FCs em modo contínuo.

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.

A utilização de borracha na indústria aeroespacial é referida principalmente como proteção térmica para mísseis e motores foguete, porém, o desafio tecnológico que ainda persiste, é obter níveis de adesão satisfatórios aos materiais poliméricos usados como adesivos ou combustíveis sólidos. Atualmente a borracha mais usada para este fim, no programa espacial brasileiro, é a borracha nitrílica (NBR). Neste trabalho, optou-se por se trabalhar com a borracha de etileno-propileno-dieno-monomero (EPDM), por apresentar inúmeras vantagens sobre a NBR. O EPDM sendo mais leve, não produzindo NOx durante a queima do combustível sólido e possuindo custo menor, em relação ao NBR, torna-se atrativo nestas aplicações, porém, sua capacidade adesiva ao propelente sólido é inferior ao obtido pela borracha NBR. Entre as maneiras existentes para se resolver este problema, destaca-se a tecnologia de plasmas por possibilitar a modificação da superfície dos polímeros sem alterar suas propriedades de volume. Neste trabalho foram utilizados plasmas de micro-ondas (2,45GHz) para o tratamento superficial da borracha EPDM, modificando os parâmetros do sistema - pressão interna, fluxo e proporção dos gases H2, N2 e Ar e tempo de tratamento. Os processos a plasma de N2 foram realizados com fluxo de 5 sccm e pressão de 150 mTorr (20 Pa), variando-se o tempo de tratamento de 10 a 300 segundos, com o intuito de verificar o tempo ótimo no qual as propriedades de superfície eram maximizadas. Para os processos a plasma das misturas N2/Ar, variaram-se os fluxos totais de gases, de 25 a 100 sccm, e as proporções dos gases nas misturas, em 2:1, 1:1 e 1:2, a uma pressão de 250 mTorr e tempo de 120 segundos. Por fim, os processos a plasma de misturas de H2/N2/Ar, dotou-se das condições otimizadas nos processos com N2 e N2/Ar variando-se a concentração de hidrogênio de 33 a 90 % na mistura com o N2/Ar (1:1) a 50 sccm de fluxo total. Os parâmetros da descarga foram otimizados quanto às características de molhabilidade da superfície da borracha EPDM com o auxílio da técnica de goniometria. A microscopia de força atômica (AFM) e a espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) foram utilizadas para dar embasamento aos resultados nos tratamentos a plasma.

Com o uso de uma sonda de Langmuir e modelos numéricos se investigou uma descarga de oxigênio num reator acoplado capacitivamente a uma fonte de radiofrequência, com o propósito de se estudar os parâmetros intrínsecos do plasma, como densidade eletrônica e iônica, potencial flutuante, potencial do plasma, temperatura eletrônica, potencial da bainha catódica - VDC, em relação aos parâmetros de processo: potência e pressão. Dentre os resultados apresentados neste trabalho destacamos a boa concordância da densidade eletrônica calculada pelo Modelo Global - MG, e medida pela sonda de Langmuir. Além disso, tanto o método partícula-na-célula - PIC quanto o MG apresentaram uma boa concordância em relação a temperatura eletrônica simulada e medida experimentalmente. Foi observado experimentalmente que a temperatura eletrônica - Te, é intensificada para pressões abaixo de 30 mTorr, embora a densidade eletrônica seja baixa, como é característico do reator de corrosão a plasma por íons reativos - RIE. Aumentando-se a potência consegue-se um aumento da densidade eletrônica e iônica, embora a temperatura tenda a se manter em torno de 2 eV, para potências acima de 50 W. Um aumento da temperatura eletrônica apenas é substancial para potências menores que 30 W, para qualquer valor de pressão, embora para essa faixa de potência a densidade eletrônica seja baixa. Uma anomalia no perfil da densidade eletrônica em função da pressão foi encontrada para a região em torno de 85 mTorr. Estudos complementares serão conduzidos com o objetivo de melhor esclarecer essa anomalia. Por último, a FDEE se mostrou bi-Maxwelliana para pressões abaixo de 20 mTorr para todos os valores de potência investigados.

Um processo de extrusão de baixo custo e sem passivo ambiental do polímero de PoliAcriloNitrila (PAN) só recentemente foi viabilizado pela utilização do plastificante 1,2,3-propanotriol. A caracterização de fibras e filmes, obtidos por esse processo inovador, foram objeto de estudo no presente trabalho. A obtenção de fibras de PAN pelo processo de extrusão mostra potencial na redução de custo como precursor de fibras de carbono, em relação ao processo via fiação a úmido utilizado atualmente. As fibras de PAN foram submetidas a tratamento térmico na faixa de 200C até 300C, correspondente ao processo de estabilização/oxidação desse polímero, que é etapa limitante no processo de obtenção de fibras de carbono. Foram utilizadas na caracterização as técnicas de espectroscopia, análise térmica e microscopia. Os resultados mostraram que o processo de estabilização/oxidação das fibras de PAN extrudada foram coerentes com outros trabalhos que estudaram esse material, conformado por outros processos de fiação. De forma similar, filmes de PAN obtidos por extrusão em condições equivalentes, foram submetidos a tratamentos em plasma de micro-ondas gerados a baixa pressão, para modificação de propriedades adesivas. A viabilização de filmes de PAN de baixo custo possibilita a utilização do polímero como componente de filmes multicamadas. Foram caracterizados os ângulos de contato dos filmes sem tratamento e com tratamento a plasma em atmosfera de nitrogênio e de argônio. O cálculo do trabalho de adesão foi efetuado por meio da equação de Young-Dupré. A energia superficial foi calculada pela média harmônica e média geométrica, utilizando a técnica de dois líquidos propostos por Fowkes e Wu. Os resultados mostraram que tanto para os processos a plasma de nitrogênio quanto para o processo a plasma de argônio, ocorreram mudanças na atividade superficial, com aumento da molhabilidade da superfície do filme polimérico.

No cenário atual, com a sociedade em busca de energias alternativas economicamente viáveis, ambientalmente corretas e socialmente sustentáveis, a conversão de energia solar em eletricidade usando células fotoeletroquímicas possui destacada importância, devido ao baixo custo de fabricação e por não produzirem subprodutos poluentes, tóxicos ao homem e ao meio ambiente. Além disso, utilizam uma fonte de energia disponível em todo o mundo, evitando problemas de relações políticas entre as nações, diferentemente das fontes de energia fósseis, como é o caso do petróleo. Para a fabricação dos filmes finos necessários para o funcionamento dessas células solares, são empregadas diferentes técnicas, normalmente envolvendo processos químicos. A tecnologia de plasma surge como uma alternativa, pois permite maior controle no processo de fabricação, permitindo a obtenção de filmes com diferentes propriedades, além de garantir boa reprodutibilidade. Nesse trabalho foram obtidos e caracterizados filmes finos de oxinitreto de titânio (TiOxNy) pela técnica de magnetron sputtering. Os filmes foram caracterizados quanto as suas propriedades ópticas, químicas e morfológicas, a fim de se encontrar parâmetros de deposição que possibilitem a produção de filmes com características otimizadas para aplicação em células solares fotoeletroquímicas. Também foi desenvolvido neste trabalho, uma técnica auxiliar de injeção de gases, conhecida como gas pulsing technique [1,2,3], que possibilita a injeção dos gases de forma pulsada no reator. Com esta técnica desenvolvida no laboratório, foi possível obter filmes de TiOxNy com band gap reduzido, aproximadamente 1,91 eV, o que implica em um significativo aumento na região de absorção do espectro solar pelos filmes produzidos.

Neste trabalho foram depositados e caracterizados filmes finos de DLC dopados com Ag no revestimento de telas de polipropileno de uso cirúrgico. Essas telas revestidas foram submetidas a teste microbiológico, com o intuito de avaliar a eficiência da dopagem com prata em inibir o crescimento bacteriano. Os filmes foram depositados por processo a plasma tipo pulverização catódica com dois magnetrons (dual- magnetron sputtering) sobre telas de polipropileno de uso cirúrgico (Marlex). Os filmes depositados foram caracterizados através das técnicas de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (MFA) com o intuito de observar a estrutura superficial do filme. A composição do filme foi obtida através da técnica de espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS), onde foi possível obter a porcentagem relativa dos elementos químicos presentes nos filmes. Os testes microbiológicos, in vitro, dos filmes depositados sobre a tela de polipropileno foram realizados com base no teste de disco difusão, onde amostras de telas revestidas com filmes foram colocadas sobre meio de cultura semeado com diferentes bactérias Escherichia coli e Staphylococcus aureus, em diferentes concentrações 106 e 108 UFC/ml. Foi possível obter filmes finos de DLC dopados com Ag com porcentagem que variam de 1,0 - 18,4 %. Observou-se que o tamanho das partículas que compõe o filme influenciam na formação do halo de inibição bacteriana e que a bactéria S. aureus demonstrou ser mais resistente a atuação dos filmes finos de DLC dopado com Ag e dos filmes de Ag, do que a bactéria E. coli.

A superfície das amostras de etileno-propileno-dieno monômero (EPDM), Nordel IP 3430 e Nordel IP 4520, vulcanizadas, foram modificadas via plasma excitado por micro-ondas, com gases Ar, N2, Ar/O2, N2/O2 e N2/H2 e N2/H2/Ar, tendo como objetivo melhorar as propriedades adesivas da superfície da borracha. As técnicas FT-IR de reflexão UATR e MIC, com objetiva ATR, e detecção fotoacústica (PAS) foram utilizadas para avaliar os graus de profundidades diferentes de amostragem, para a caracterização das borrachas após tratamentos por plasma, principalmente, pelas diferentes permeabilidades dos gases (oxigênio e nitrogênio) escolhidos para formar as misturas gasosas, e a mais indicada para este fim, foi a técnica UATR, pois apresentou menor interferência dos componentes da formulação da borracha, detectando alterações espectrométricas, provenientes da formação de grupos polares. Análises por XPS das borrachas Nordel IP 3430 e 4520 foram realizadas, antes e após tratamento, a fim de validar os resultados obtidos por FT-IR e houve aumento na porcentagem atômica de oxigênio e nitrogênio na superfície após os tratamentos por plasma de Ar/O2 e N2/H2, confirmando assim os resultados obtidos por FT-IR. Redução nos valores do ângulo de contato, aumento nos valores de trabalho de adesão e de ensaio de resistência ao descascamento da junta adesiva (EPDM/Adesivo de PU/PVC) foram observados. Estes resultados foram atribuídos à melhora nas propriedades adesivas da superfície tratada. Foi observado que, a borracha Nordel IP 4520 é a mais indicada para utilização após tratamento por plasma, pois apresentou boa estabilidade ao envelhecimento, avaliada por meio das medidas de ângulo de contato, com os tratamentos por plasma de Ar/O2, N2/H2 e N2/H2/Ar. Para o Nordel IP 3430, o melhor resultado foi encontrado para o tratamento com Ar/O2. Falhas de adesão foram observadas entre a interface do filme de adesivo de PU e da borracha de EPDM (Nordel IP 3430), sendo confirmadas por FT-IR/UATR, constituindo uma contribuição da análise FT-IR ao estudo da interface estudada.

Dinitramida de amônio (ADN) é um oxidante utilizado em propelentes de foguetes. Para a obtenção de ADN, foram utilizados, nesse estudo, como materiais de partida, sulfamato de amônio e ácido sulfâmico, em rotas de síntese, com diferentes condições. A proporção de reagentes e os métodos de purificação foram testados, e as amostras resultantes foram analisadas por espectroscopia na região do infravermelho médio (MIR). Para a síntese em que sulfamato de amônio foi utilizado como reagente de partida, as amostras foram, também, analisadas por espectroscopia na região do infravermelho próximo (NIR). Para as amostras cristalizadas, foram realizadas análises por calorimetria exploratória diferencial (DSC), para determinar seu ponto de fusão e valor de entalpia, durante seu processo de decomposição, além da obtenção de sua micrografia por microscopia eletrônica de varredura (SEM). Podem ser destacados, nesse estudo, os seguintes resultados: a) a síntese de ADN, utilizando-se o sulfamato de amônio como material de partida e nitração com HNO3/H2SO4, mostrou-se mais promissora, sendo esse produto obtido, pela primeira vez em nosso país; b) foi necessário o desenvolvimento de metodologia específica, nos laboratórios do IAE, para a obtenção e purificação do ADN sintetizado, constituindo uma contribuição do estudo na área de síntese deste oxidante para propelentes; c) o ADN obtido foi caracterizado, não somente por MIR mas também por NIR, que apresenta um número menor de estudos na literatura; d) as análises DSC e SEM mostraram boa concordância com os dados encontrados na literatura. A possibilidade de interação entre o sistema à base do polímero de azoteto de glicidila e da dinitramida de amônio (GAP/ADN) foi também avaliada, por FT-IR, nas regiões MIR e NIR. O sistema GAP e perclorato de amônio (GAP/AP), com oxidante mais usual, foi analisado por MIR. Maiores alterações espectrométricas foram observadas para o sistema GAP/ADN. Foi observado um alargamento de bandas para ambos os sistemas na região entre 3100-3500 cm-1, sugerindo interações entre os grupos OH do GAP e NH4+ do ADN ou AP. A diminuição da intensidade da banda do grupo N3 do GAP e o aumento de intensidade do nitroílo (NO2+) do ADN também foram notados, sugerindo interação entre esses grupos, no sistema GAP/ADN. Na tentativa de extrair o material usado no microencapsulamento do ADN utilizado como referência, foi feito um tratamento com tolueno. As análises FT-IR UATR/ATR/PAS da superfície do ADN referência mostraram que, basicamente, possa existir um composto orgânico éster e/ou amínico, aromático, heterocíclico e/ou contendo hidroxila.

O objetivo deste trabalho foi o estudo das propriedades mecânicas e térmicas do PHB e de compósitos de PHB/pó de madeira processados, reprocessados e irradiados. Foram preparados compósitos com PHB e pó de madeira com concentrações de PHB/pó de madeira de 90/10, 80/20 e 70/30 (m/m). Foram realizados ensaios de propriedades mecânicas, HDT, ponto de amolecimento Vicat, TGA e DSC. A incorporação do pó de madeira aumentou o grau de cristalinidade e a temperatura de cristalização do polímero, e nos compósitos PHB/pó de madeira 80/20 e 70/30 a rigidez do material aumentou em relação ao polímero puro. O compósito PHB/pó de madeira 70/30 apresentou os melhores resultados em termos econômicos, de processamento e de estabilidade em relação ao reprocessamento. A irradiação após o processamento, em dose de 30 kGy, provocou aumento da rigidez do PHB puro e dos compósitos PHB/pó de madeira 90/10 e 80/20, embora as outras propriedades tenham decrescido. O compósito PHB/pó de madeira 70/30 apresentou queda de todas as propriedades com a irradiação. / The purpose of this work was the study of the mechanical and thermal properties of processed, reprocessed and irradiated PHB, as well as PHB/wood flour composites. PHB/wood flour composites were prepared with PHB/wood relation of 90/10, 80/20 e 70/30 (w/w). Mechanical properties, HDT, Vicat melting point and thermo analyses (TGA and DSC) tests were carried out. The introduction of the wood flour increased both polymer crystallinity and crystallization temperature. The material stiffness increased in PHB/wood flour composites (80/20 and 70/30) resulting in higher values in some properties when compared with pure PHB. The PHB/wood flour composite 70/30 showed the best results in terms of economy, processing and stability during reprocessing. The irradiation after processing in 30kGy doses led to a stiffness increasing of pure PHB and PHB/wood flour composites (90/10 and 80/20) while other properties have decreased. The PHB/wood flour 70/30 showed decreasing in all properties after irradiation.