Orientador: Prof. Dr. Wendel Andrade Alves / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2015. / Os biopolímeros mostram-se materiais promissores na construção de dispositivos para aplicações na área biomédica. Dentro desta classe a policaprolactona vêm sendo amplamente empregada em sistemas de liberação controlada, uma vez que permite a incorporação de drogas preservando a atividade farmacológica. Neste trabalho, apresentamos a proposta de um material híbrido composto por policaprolactona (PCL) e micro-/nanotubos de L,L-difenilalanina (MNTs-FF). O biomaterial foi avaliado à temperatura ambiente nas concentrações de 0% a 50% de MNTs-FF. As propriedades morfológicas e estruturais dos compósitos foram investigadas por diferentes técnicas analíticas, espectroscópicas e microscópicas. Os resultados obtidos mostraram que, o peptídeo promoveu variações microestruturais na rede polimérica, impactando no diâmetro médio das fibras (~570-360 nm), na cristalinidade (34,6 - 6,6%) e na porosidade (74 - 50%). Como consequência, tais variações foram associadas ao comportamento elástico-plástico da matriz. O aumento da concentração de MNTs-FF contribuiu para um maior módulo de Young para as fibras de PCL (12,47-18,96 MPa). Testes de biodegradação enzimática mostraram uma perda significativa de massa para as membranas com peptídeos em relação ao polímero puro. Os compósitos de MNTs-FF/PCL foram avaliados na liberação controlada do fármaco lipofílico, benzocaína. As membranas apresentaram uma eficácia progressiva de liberação de ~13 horas, sendo este um resultado superior ao gel disponível no mercado atualmente. Logo, o compósito exibiu elevada resistência mecânica e características biodegradáveis, sendo propriedades favoráveis na aplicação como sistemas carreadores de fármacos. / The biopolymers appear to be promising materials for the development of devices for the biomedicine area. Within this class, the polycaprolactone has been widely used in systems of controlled liberation, once it allows the incorporation of drugs preserving the pharmacological activity. In this essay, we propose a hybrid material composed by polycaprolactone (PCL) and micro-/nanotubes of L,L-diphenylalanine (FF-MNSs). The biomaterial was evaluated under room temperature in the concentrations from 0% to 50% of FF-MNSs. The morphological and structural properties were investigated by different analytical, spectroscopical and microscopical techniques. The results showed that the peptide promoted microstructural variations in the polymeric net, having impact on the average diameter of the fibers (~570-360 nm), in the crystallinity (34.6- 6.6%) and in the porosity (74 - 50%). As a result, such variations were associated to the elastic-plastic behavior of the matrix. The increase in concentration of FF-MNSs contributed for a bigger Young module for the PCL fibers (12.47-18.96 MPa). Enzymes biodegrading tests showed a significant loss of mass for the membranes with peptides comparing to the pure polymer. The composite of FF-MNSs/PCL were evaluated in the controlled liberation of the lipophilic drug, benzocaine. The membrane presented a progressive liberation efficiency of ~13 hours, being this a superior result to the gel available in the market currently. Therefore, the composite showed high mechanical resistance and biodegradable features, which are favorable features in its use as drug carrier systems.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6611.pdf: 4783832 bytes, checksum: 1dc280ff47cc4df343ea92399b40fdd5 (MD5) Previous issue date: 2015-03-09 / Financiadora de Estudos e Projetos / The search for new lead-free piezoelectric materials has been a major goal of many scientists in recent years. The main cause is the replacement of widely used lead zirconate titanate (PZT) based ceramics due to the highly toxic characteristics of the lead element. Potassium sodium niobate based ceramics have shown high piezoelectric coefficients and a morphotropic phase boundary close to the composition (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN), similar to that found in lead zirconate titanate. However, the preparation of highly dense KNN based ceramics is extremely difficult. In this work, the structural, mechanical and electrical properties of lead free ferroelectric ceramics with compositions Li0,03(K0,5Na0,5)0,97Nb0,8Ta0,2O3 + xwt% CuO (x = 0; 2 and 3.5) were studied. All the compositions, sintered at 1050ºC for 2 hours had high density, approximately 95% of the theoretical value. Rietveld refinement of the X ray diffraction patterns showed a mixture of both orthorhombic Bmm2 and tetragonal P4mm phases, for all compositions. Nevertheless, compositions with high CuO contents have mainly the tetragonal phase. Dielectric and dynamic mechanical analysis (DMA) measurements showed two polymorphic phase transitions with increasing temperature. Both phase transitions have diffuse character and they can be related with the transformation of the orthorhombic phase fraction in the tetragonal one, and with the transformation of the tetragonal ferroelectric phase to a cubic paraelectric one. The origin of the difference observed between the temperatures where both techniques, dielectric and mechanical, see the diffuse phase transition is discussed. The ceramic with 2wt% of CuO is electrically softer than the other compositions and it has the highest value of the piezoelectric coefficient d31. Also, in this work we studied the possibility of using high contents of CuO to promote the formation of liquid phase for obtaining and extracting single crystal seeds, which can be used for the texture of KNN-based ceramics. The ceramic Li0,03(Na0,5K0,5)0,97Ta0,2Nb0,8O3 + x wt% CuO with x=16, sintered at 1090ºC for 2 hours, is a perfect candidate for extracting grains which may be used as seeds. Furthermore, ceramics with x=13, sintered at 1110ºC for 2 hours, showed a partial melting of the material, which caused the growth of highly oriented grains. This material can be practically considered as a single crystal and, with a proper cut procedure, the desired single crystal seeds can be obtained. This method to obtain single crystal seeds, as proposed in this work, is very simple and novelty. / Nos últimos anos, o foco principal de muitos cientistas tem sido a procura de novos materiais piezoelétricos livres de chumbo. A causa principal é a substituição dos materiais baseados em titanato zirconato de chumbo (PZT), os quais são amplamente utilizados em aplicações piezoelétricas, devido à alta toxicidade do elemento chumbo. Cerâmicas baseadas em niobato de sódio e potássio têm mostrado altos coeficientes piezoelétricos e um contorno de fases morfotrópico próximo da composição (K0.5Na0.5)NbO3 (KNN), similar ao encontrado no titanato zirconato de chumbo. Porém, a preparação de cerâmicas baseadas em KNN com alta densidade é extremamente dificultosa. Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais, mecânicas e elétricas de cerâmicas ferroelétricas livres de chumbo com composições Li0,03(K0,5Na0,5)0,97Nb0,8Ta0,2O3 + x %P CuO (x = 0; 2 e 3,5). Todas as cerâmicas sinterizadas a 1050ºC durante 2 horas apresentaram altas densidades, sendo aproximadamente 95% da densidade teórica. O refinamento pelo método de Rietveld dos perfis de difração de raios X mostrou que todas as composições apresentam uma mistura de ambas as fases, ortorrômbica Bmm2 e tetragonal P4mm. Porém, composições com altos teores de CuO apresentam a fase tetragonal como sendo majoritária. As medidas dielétricas e as de análise mecânico dinâmico (DMA) mostraram duas transições de fase polimórficas com o aumento da temperatura. Ambas transições de fase têm caráter difuso e estão relacionadas com a transformação da fração de fase ortorrômbica em tetragonal e com a transformação da fase tetragonal ferroelétrica para cúbica paraelétrica. Foi discutida a origem da diferença observada, nas temperaturas em que ambas as técnicas, dielétrica e mecânica, enxergam a transição de fase difusa. A cerâmica com 2%P de CuO mostrou-se mais mole eletricamente e apresentou um valor maior de coeficiente piezoelétrico d31 do que as outras composições estudadas. Também, neste trabalho foi estudada a possibilidade de usar altos teores de CuO para promover a formação de fase líquida e conseguir a formação e extração de sementes monocristalinas que possam ser utilizadas na textura de cerâmicas baseadas em KNN. A cerâmica de Li0,03(Na0,5K0,5)0,97Ta0,2Nb0,8O3 + x % P CuO com x=16, sinterizada a 1090ºC durante 2 horas, mostrou-se a candidata perfeita para a extração de grãos que possam ser utilizados como sementes. Por outro lado, a cerâmica com x=13, sinterizada a 1110ºC durante 2 horas, apresentou fusão parcial de material, o que promoveu o crescimento dos grãos altamente orientados de forma que esse material já pode ser considerado como sendo praticamente um monocristal e com um procedimento de corte adequado, podem ser obtidas as sementes monocristalinas desejadas. Esse procedimento de obtenção de sementes monocristalinas, proposto neste trabalho, é totalmente simples e inovador.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2456.pdf: 6548607 bytes, checksum: 486173aee7443e35a2910af043a12256 (MD5) Previous issue date: 2009-04-03 / Universidade Federal de Sao Carlos / Bioactive materials have the ability to bond and to integrate with bone tissue by forming a biologically active bonelike apatite layer, which has chemical and structural properties equivalent to the mineral phase of living bone. This process is determined by chemical reactions, whose products also influence the attachment, the proliferation, the differentiation and the mineralizing capacity of bone cells. Cellular responses contribute to the bioactive behavior, which is known for being higher in glass materials. However, as low mechanical properties are also inherent characteristics of glasses, researchers from Federal University of Sao Carlos were stimulated to develop nucleation and growth thermal treatments for the obtainment of the Biosilicate®, a fully-crystallized bioactive glassceramic of the quaternary system P2O5-Na2O-CaO-SiO2. Although a high in vitro osteogenic potential of this novel glass-ceramic has been previously demonstrated, its in vivo effects have not been investigated yet. To contribute to this knowledge, two studies were developed. The first one aimed to investigate the in vivo biological performance of Biosilicate® in bone defects of rat tibias, by means of hystomorphometric and biomechanical analyses 20 days after the surgical procedure. This study revealed that the fully-crystallized Biosilicate® has good bone-forming and bone-bonding properties. Hence, the second study aimed to compare the kinetics of the bone reactions to two different granulometric distributions of this novel glass-ceramic. Although they were both efficient for bone formation, smaller-sized particles of Biosilicate® showed partial reabsortion, which was accompanied by a more pronounced osteogenic activity within the period of time studied. Since positive results were obtained, the search for scaffolds that could serve as supports for the guided bone regeneration had started. A third study preliminarily evaluated cell culture and cocultures in porous structures made of Biosilicate® and of other chemical compositions that were specifically developed for this purpose. The findings suggest that, when in adjusted conditions, the scaffolds can create favorable cellular responses for bone tissue engineering purposes. Taken togheter, these studies point to a promising potential and provide directives for the use of Biosilicate® in bone regenerative processes. / Materiais bioativos possuem a capacidade de se ligar ao tecido ósseo por meio da formação de uma interface apatítica que apresenta similaridade química e estrutural com a fase mineral dos ossos. Esse processo ocorre devido a uma série de reações químicas, cujos produtos também influenciam a adesão, a proliferação, a diferenciação e a capacidade de mineralização da matriz pelas células ósseas. As respostas celulares contribuem para o comportamento bioativo, que é conhecido por ter maiores índices em materiais vítreos. No entanto, como baixas propriedades mecânicas também são características inerentes aos vidros, pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos foram estimulados a empregarem nucleação e tratamentos térmicos especiais para o desenvolvimento do Biosilicato®, uma vitrocerâmica biotiva, totalmente cristalina, pertencente ao sistema quaternário P2O5-Na2O-CaO-SiO2. Embora um elevado potencial osteogênico in vitro tenha sido demonstrado para esta vitrocerâmica, seus efeitos in vivo ainda não são conhecidos. Para auxiliar este entendimento, foram desenvolvidos dois estudos. O primeiro teve como objetivo investigar o desempenho biológico in vivo do Biosilicato® particulado em defeitos ósseos em tíbias de ratos, por meio de análises histomorfométricas e biomecânicas 20 dias após o procedimento cirúrgico. Este estudo evidenciou que o Biosilicato® parece favorecer a formação óssea in vivo e o estabelecimento de fortes ligações com o tecido neoformado. Com isso, o objetivo do segundo estudo foi comparar a cinética das reações ósseas frente a duas diferentes distribuições granulométricas desta nova vitrocerâmica. Embora ambas tenham sido eficientes para a formação óssea, as partículas de Biosilicato® com menores diâmetros demonstraram reabsorção parcial no período estudado, que foi acompanhada de uma maior atividade osteogênica. Com os resultados positivos obtidos nestas investigações, iniciou-se uma busca para o desenvolvimento de matrizes porosas que pudessem servir de suporte para a regeneração guiada do tecido ósseo. Um terceiro estudo preliminarmente avaliou monoculturas e coculturas celulares em matrizes porosas de Biosilicato® e de outras novas composições químicas desenvolvidas especificamente para este propósito. Os achados sugerem que, quando em condições adequadas, as matrizes avaliadas podem produzir respostas celulares favoráveis ao seu emprego na engenharia do tecido ósseo. Estes estudos, de maneira conjunta, apontam para um potencial promissor e fornecem diretrizes para o emprego do Biosilicato® no favorecimento de processos regenerativos ósseos.

O estudo numérico do comportamento estrutural de materiais compostos apresenta-se, desde os últimos anos, como um campo muito fértil de pesquisas, o que justifica o crescimento exponencial de trabalhos científicos nesta área. Atualmente é possível desenhar as propriedades físicas do material adequando-os ao uso que se queira dar a eles. Especificamente quanto às propriedades mecânicas vinculadas a função estrutural que o material em estudo possa ter, estas podem, na atualidade, ser quantificadas, modificadas e otimizadas. No presente trabalho, explora-se um material composto formado por uma matriz polimérica e uma segunda fase particulada com distribuição aleatória. Para realizar esse estudo foi utilizado o método dos elementos discretos e o método dos elementos finitos. No primeiro caso é apresentado um estudo onde se realizam tentativas de determinar o elemento de volume representativo considerando o comportamento do material como não-linear. No segundo caso, aplicando o método dos elementos finitos, realiza-se um estudo considerando a matriz e a fase particulada com comportamento elástico linear, determinando o elemento de volume representativo e comparando os resultados, em termos de constantes elásticas homogeneizadas, com propostas teóricas fornecidas pela micromecânica clássica. Um estudo da convergência da malha e exercícios de otimização foram realizados sobre o composto simulado. Finalmente, realiza-se um estudo não-linear através do método dos elementos finitos, onde a matriz é elástica e a fase particulada hiperelástica, onde se determina o elemento de volume representativo e se faz aplicações para verificação da eficácia dos resultados. / The numerical study of the composite material mechanical behavior has shown lately a fertile field of research, which justifies the exponential growing of scientific works in this area. Nowadays it is possible to design the material properties adapting them to the usage that we want to give them. Specifically, regarding to the mechanical properties, there are methods that allow us to modify them in a rational way to reach different objectives. In the present work, different aspects are analyzed of a composite material built with a polymeric matrix and a second particulate phase with random distribution. The Discrete Element Method (DEM) and the Finite Element Method (FEM) were used to carry out the present work. Firstly, an application of DEM, a study of different alternatives is shown to determine the volume representative element (RVE) considering the non-linear behavior of the studied material. Secondly, an application of FEM, a study considering the matrix and particulate phase, both, with linear elastic behavior. This application consists on computing the RVE and comparing these results with analytical proposals available in the Micromechanics classical bibliography. A mesh convergence study of the FEM models used and simple applications of optimization are also presented. Finally, another application of FEM is presented. In this case a non linear study is shown, where the matrix is considered linear elastic, and the particulate phase is hyperelastic. In this case the RVE was determined and some applications to verify the consistency of the results obtained are presented.

Neste trabalho estuda-se a formação de novas fases de carbono amorfo através da irradiação iônica de filmes de fulereno, a-C e a-C:H polimérico. Os efeitos da irradiação iônica na modificação das propriedades ópticas e mecânicas dos filmes de carbono irradiados são analisados de forma correlacionada com as alterações estruturais a nivel atômico. O estudo envolve tanto a análise dos danos induzidos no fulereno pela irradiação iônica a baixas fluências, correspondendo a baixas densidades de energia depositada, quanto a investigação das propriedades físico-químicas das fases amorfas obtidas após irradiações dos filmes de fulereno, a-C e a-C:H com altas densidades de energia depositada. As propriedades ópticas, mecânicas e estruturais das amostras são analisadas através de técnicas de espectroscopia Raman e infravermelho, espectrofotometria UV-VIS-NIR, microscopias ópticas e de força atômica, nanoindentação e técnicas de análise por feixe de íons, tais como retroespalhamento Rutherford e análises por reação nuclear. As irradiações produzem profundas modificações nas amostras de fulereno, a-C e a-C:H, e por conseqüência significativas alterações em suas propriedades ópticas e mecânicas. Após máximas fluências de irradiação fases amorfas rígidas (com dureza de 14 e 17 GPa) e com baixos gaps ópticos (0,2 e 0,5 eV) são formadas. Estas estruturas não usuais correspondem a arranjos atômicos com 90 a 100% de estados sp2. Em geral fases sp2 são planares e apresentam baixa dureza, como predito pelo modelo de “cluster”. Entretanto, os resultados experimentais mostram que as propriedades elásticas das novas fases formadas são alcançadas através da criação de uma estrutura sp2 tridimensional. A indução de altas distorções angulares, através da irradiação iônica, possibilita a formação de anéis de carbono não hexagonais, tais como pentágonos e heptágonos, permitindo assim a curvatura da estrutura. Utilizando um modelo de contagem de vínculos é feita uma análise comparativa entre a topologia (estrutura geométrica) de ligações C-sp2 e as propriedades nanomecânicas. São comparados os efeitos de estruturas sp2 planares e tridimensionais (aleatórias) no processo de contagem de vínculos e, conseqüentemente, nas propriedades elásticas de cada sistema. Os resultados mostram que as boas propriedades mecânicas das novas fases de carbono formadas seguem as predições do modelo de vínculos para uma rede atômica sp2 tridimensional. A formação de uma fase amorfa dura e 100% sp2 representa uma importante conquista na procura de novas estruturas rígidas de carbono. A síntese da estrutura desordenada sp2 tridimensional e vinculada aqui apresentada é bastante incomum na literatura. O presente trabalho mostra que o processo de não-equilíbrio de deposição de energia durante a irradiação iônica permite a formação de distorções angulares nas ligações sp2-C, possibilitando a criação de estruturas grafíticas tridimensionais. / The formation of new carbon amorphous phases through the ion irradiation of fullerene, a-C and polymeric a-C:H films is presented. The ion irradiation effects on the optical and mechanical properties modifications of the irradiated carbon films are analysed and correlated with the structural alterations at the atomic level. This study involves the analysis of the induced damages in C60 by the ion irradiation at low fluences, corresponding to low deposited energy densities, as well as the investigation of the physical and chemical properties in the amorphous phases obtained after irradiation of three carbon films, with high deposited energy densities. The optical, mechanical and structural properties of the samples are analysed through the Raman and FTIR spectroscopy, AFM, nanoindentation and ion beam analysis technniques such as Rutherford backscattering and nuclear reaction analysis. The irradiation produces deep modifications on the C60, a-C and a-C:H films, and, as a consequence, significant alterations in their optical and mechanical properties. After high fluences of irradiation, rigid amorphous phases with hardness of 14-17 GPa and with low optical gaps of 0,2 to 0,5 eV are produced. These unusual structures correspond to atomic arrangements with 90 to 100% of sp2 phases. In general, sp2 phases are organized in planar form and show low hardness, as predicted by the cluster model. However, the experimental results show that the elastic properties of the produced new phases are due to the creation of a three-dimensional sp2 structure. The generated high bond angle distortions by the ion irradiation induces the formation of non hexagonal carbon rings, such as pentagons and heptagons, allowing therefore the formation of curved sp2 structures. A comparative analysis between the C-sp2 bonds topology (geometric structure) and the nanomechanic properties is made using a constraint-counting model. The effect of the flat and three-dimensional (aleatory) sp2 structures on the counting of the constraints and consequently on the elastic properties of each system are analysed. The results show that the improved mechanical properties of the newly produced carbon phases follow the predictions of the constraint-counting model for an atomic three-dimensional sp2 network. The formation of a hard and 100% amorphous phase represents an important conquest in the search of new rigid carbon structures. The synthesis of a three-dimensional and constrainted sp2 disordered structure presented here is uncommon in the literature. Our work shows that the non-equilibrium process of energy deposition during ion irradiation allows the formation of angular distortions on the sp2-C bonds, making the creation of three-dimensional graphite structures possible.

Submitted by Alan Henrique Vicentini (vicentini.alanh@gmail.com) on 2018-07-19T12:54:56Z No. of bitstreams: 1 ALAN HENRIQUE VICENTINI - DISSERTAÇÃO - ENGENHARIA CIVIL.pdf: 4878364 bytes, checksum: 78fb1552972193124495e015f63d3b91 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-07-19T13:49:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 vicentini_ah_me_ilha.pdf: 4878364 bytes, checksum: 78fb1552972193124495e015f63d3b91 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-19T13:49:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 vicentini_ah_me_ilha.pdf: 4878364 bytes, checksum: 78fb1552972193124495e015f63d3b91 (MD5) Previous issue date: 2018-06-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / A indústria cimenteira tem passado por pressões cada vez mais constantes, referentes aos impactos ambientais causados pela emissão de gases na produção de cimento Portland e, atualmente, pela crise econômica que o setor da construção civil vem passando. Estes acontecimentos têm levado pesquisadores a investigarem novas formas de se obter aglomerantes alternativos, de maneira mais sustentável e econômica. Aliada a este problema, está a geração de resíduos de biomassa provenientes da atividade agroindustrial. Uma das alternativas criadas para a redução da emissão de CO2 e do consumo de cimento Portland é a produção de novos aglomerantes à base de argilas calcinadas. Além de reduzir significativamente o teor de cimento em matrizes cimentantes, a utilização destes aglomerantes proporciona economia de energia e menor temperatura de queima, liberando menos CO2 que o cimento durante sua produção. Assim, o objetivo desta pesquisa foi produzir e caracterizar um novo aglomerante formado pela mistura da cinza do bagaço da cana-de-açúcar e argila calcinada, denominada de CBA. A proporções entre bagaço, argila e água foram de 1,000:0,150:0,125, em massa, respectivamente. Após a calcinação, a cinza passou por processo de peneiramento e moagem. O estudo foi divido em três principais etapas: produção e caracterização da CBA; estudo da reatividade da CBA em pastas e; análise do comportamento mecânico de argamassas produzidas com substituição parcial de cimento por CBA. Inicialmente, a cinza passou por ensaios de caracterização físico-química, sendo realizados os ensaios de difração de raios-X, termogravimetria, microscopia eletrônica de varredura, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, fluorescência de raios-X e granulometria a laser. A segunda etapa consistiu em avaliar a ação da cinza em pastas de cal e de cimento, através dos ensaios de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, microscopia eletrônica de varredura e termogravimetria. A última etapa baseou-se em avaliar a consistência e o comportamento mecânico de resistência à compressão de argamassas produzidas com substituição de cimento por CBA nos teores de 10%, 20%, 30% 40% e 50%. Foi possível substituir cimento por CBA em até 50% em massa, mostrando que o material possui grande potencial de ser utilizado na produção de aglomerantes, além de ser energeticamente viável, devido à geração de calor durante sua produção. / Cement industry has been suffering pressure increasing, related to environments impacts due gas emission promoted by Portland cement production and, furthermore, due the currently crisis in civil construction sector that has been passing through. These events have lad researchers to investigate new forms of obtaining alternative binders more sustainable and economic. Allied to this problem, there is to biomass residues generation from agro-industry activity. One of the alternatives created to reduce the CO2 emissions and Portland cement consumption is the manufacturing of new binders based on thermally calcined clay. Besides it to reduce significantly cement content in cementitious matrix, these binders provides energy saving and lower calcination temperature, realizing less CO2 than Portland cement related to its production. Thus, the main of this objective of this study was to produce and characterize a new binder, composed by sugar-cane bagasse ash and calcined clay (SCA). The content of sugarcane bagasse, clay and water in mixture was 1/0.15/0.125, by mass, respectively. After calcination procedure, SCA passed through sieving and mill process. The study was separated in three stages: characterization of SCA; SCA reactivity study in pastes and; mechanical behavior analysis in cement mortars produced with partial cement replacement by SCA. Initially, SCA was characterized by physicochemical tests, being X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, scanning electron microscope, Fourier transform infrared spectroscopy analysis, X-ray fluorescence spectroscopy and laser granulometry analysis. The second stage consisted of to evaluate SCA behavior in lime/SCA pastes and Portland cement/SCA pastes systems, through Fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscope and thermogravimetric analysis. The third and last stage consisted of to evaluate the plastic consistence and mechanical behavior by compressive strength in mortars produced with partial cement replacement by SCA in 10%, 20%, 30%, 40% and 50% contents, by mass. It was possible replace cement by SCA in up to 50% content, showing that this material has potential to be widely utilized in production of binders, besides being energetically viable, due to the heat generation during SCA production. / CNPq: 830017/2001-1

O concreto autodensável (CAA) vem conquistando o espaço do concreto convencional (CCV), predominantemente pelo fato de não demandar adensamento, eliminando parte da mão de obra. As propriedades do CAA em seu estado endurecido são maiores do que no concreto convencional por apresentar diferença na distribuição dos poros. Com adição de fibras de aço ao CAA, as propriedades mecânicas são melhoradas principalmente nos esforços de tração na flexão. Relacionado a isso, a presente pesquisa buscou avaliar o comportamento mecânico do CAA com a incorporação de diferentes formas de fibras de aço nos teores de 0,5%, 0,75% e 1,0% nos tipos ancorada, raiada e corrugada e, com diferentes adições minerais: sílica ativa (AS) e fíler calcário (AF). Os compósitos foram submetidos a ensaios tanto no estado fresco como no estado endurecido. No estado fresco, foram executados os ensaios de espalhamento, t500, funil V e caixa L e no estado endurecido os ensaios de resistência à compressão axial, módulo de elasticidade e resistência à tração na flexão. Com o objetivo de analisar o comportamento da zona de transição, todas as misturas sofreram ensaios de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados apontaram que foi possível manter as características de adensabilidade do CAA para todas as misturas. O ganho na resistência à compressão foram mais expressivas com as fibras tipo ancorada e corrugada no teor de 1,0% com sílica ativa. No módulo de elasticidade os ganhos não foram significativos. Na resistência à tração na flexão, quando comparado com a resistência à compressão, o maior ganho foi de 8,40% para adição de sílica ativa e de 10,44% para fíler calcário no teor de 1,0% de fibra de aço tipo ancorada. / The autodensible concrete (CAA) has been conquering the space of conventional concrete (CCV), predominantly because it does not demand densification, eliminating part of the workforce. The properties of CAA in its hardened state are larger than in conventional concrete because of the difference in pore distribution. With addition of steel fibers to the CAA, the mechanical properties are improved mainly in the tensile stresses in the flexion. The present study aimed to evaluate the mechanical behavior of the CAA with the incorporation of different forms of steel fibers in the 0.5%, 0.75% and 1.0% in the anchor, corrugated and anchor types, with different mineral additions: active silica (AS) and limestone filler (FA). The composites were tested in both the fresh and hardened state. In the fresh state, the tests of spreading, t500, funnel V and box L and in the hardened state the tests of resistance to axial compression, modulus of elasticity and tensile strength in the flexion were executed. In order to analyze the behavior of the transition zone, all the blends underwent scanning electron microscopy. The results indicated that it was possible to maintain the characteristics of the CAA for all mixtures. The gain in the compressive strength was more expressive with the anchored and corrugated type fibers in the 1.0% content with active silica. In the modulus of elasticity the gains were not significant. In the flexural tensile strength, when compared to the compressive strength, the highest gain was 8,40% for the addition of active silica and 10,44% for limefilter in the content of 1.0% of type steel fiber anchored.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseCL.pdf: 10208729 bytes, checksum: c527b49760e4f73c81deddd8b9282627 (MD5) Previous issue date: 2004-08-12 / Universidade Federal de Minas Gerais / The influence of the injection molding parameters on the morphology and mechanical properties of poly(phenylene sulfide), PPS, and of a 80/20(%wt) blend of PPS/block copolymer styrene-ethylene-butylene-styrene ,SEBS, were evaluated. The injection molding conditions were defined through an experimental design. The lower and upper limits of each variable were set considering the material characteristics and the machine capacity. The software MOLDFLOW® was used to simulate the injection molding process, to define the cooling and holding times, to guarantee the part quality and to obtain the shear rate and bulk temperature profiles at the end of the filling step. For PPS, it was observed that the variables with highest influence on the gradient of crystallinity along the part thickness and on the mechanical properties were melt (Tinj) and mold (Tm) temperatures. For the PPS/SEBS blend, the flow rate (Q), mold temperature and holding pressure (Ph) were the variables with highest influence on the morphology. The aspect ratio of the SEBS particles, dispersed on the PPS matrix, was almost unaffected by the changes of the injection conditions; on the other hand, the mean particle size (caliper length along the major axis) and the value of the dispersion function represented qualitatively well the morphological variations observed for the blend. The artificial neural networks, built with experimental data and trained with the group cross validation method (GCV), predicted with good precision the morphology and the mechanical properties, starting from the injection molding processing conditions, as well as the mechanical properties starting from the morphological aspects. / A influência das variáveis de processamento da moldagem por injeção na morfologia e nas propriedades mecânicas foi avaliada para o poli(sulfeto de p-fenileno), PPS, e para a blenda de PPS com o copolímero em bloco de estireno-etileno-butileno-estireno, SEBS, na concentração em massa 80/20 (PPS/SEBS). A definição das condições de injeção foi feita através de planejamento de experimentos. Os limites inferiores e superiores de cada variável foram definidos levando em consideração as características do material e a capacidade da máquina injetora. O programa computacional MOLDFLOW® foi utilizado para a simulação do processo de injeção para a definição dos tempos de resfriamento e de empacotamento, para garantia da qualidade do moldado e para a obtenção dos perfis de taxa de cisalhamento e de temperatura da massa ao final da etapa de preenchimento. Foi verificado que, no caso do PPS, as variáveis de maior influência no gradiente de cristalinidade ao longo da espessura da peça e nas propriedades mecânicas foram as temperaturas da massa polimérica fundida (Tinj) e do molde (Tm). No caso da blenda PPS/SEBS, a velocidade de injeção ou vazão (Q), a temperatura do molde e a pressão de empacotamento (Ph) foram as variáveis de maior influência na morfologia. A razão de aspecto das partículas de SEBS, dispersas na matriz de PPS, praticamente não foi alterada com a variação das condições de injeção, ao contrário do tamanho médio de partícula e do valor da função dispersão, que pôde representar qualitativamente bem as alterações morfológicas observadas na blenda. As redes neurais construídas a partir dos dados experimentais e treinadas com o método de validação cruzada em grupo (VCG) puderam predizer com boa precisão a morfologia e as propriedades mecânicas do moldado a partir das condições de processamento, bem como as propriedades mecânicas a partir da morfologia. Palavras-chave: morfologia, cristalinidade, blenda, propriedades mecânicas, moldagem por injeção, A influência das variáveis de processamento da moldagem por injeção na morfologia e nas propriedades mecânicas foi avaliada para o poli(sulfeto de p-fenileno), PPS, e para a blenda de PPS com o copolímero em bloco de estireno-etileno-butileno-estireno, SEBS, na concentração em massa 80/20 (PPS/SEBS). A definição das condições de injeção foi feita através de planejamento de experimentos. Os limites inferiores e superiores de cada variável foram definidos levando em consideração as características do material e a capacidade da máquina injetora. O programa computacional MOLDFLOW® foi utilizado para a simulação do processo de injeção para a definição dos tempos de resfriamento e de empacotamento, para garantia da qualidade do moldado e para a obtenção dos perfis de taxa de cisalhamento e de temperatura da massa ao final da etapa de preenchimento. Foi verificado que, no caso do PPS, as variáveis de maior influência no gradiente de cristalinidade ao longo da espessura da peça e nas propriedades mecânicas foram as temperaturas da massa polimérica fundida (Tinj) e do molde (Tm). No caso da blenda PPS/SEBS, a velocidade de injeção ou vazão (Q), a temperatura do molde e a pressão de empacotamento (Ph) foram as variáveis de maior influência na morfologia. A razão de aspecto das partículas de SEBS, dispersas na matriz de PPS, praticamente não foi alterada com a variação das condições de injeção, ao contrário do tamanho médio de partícula e do valor da função dispersão, que pôde representar qualitativamente bem as alterações morfológicas observadas na blenda. As redes neurais construídas a partir dos dados experimentais e treinadas com o método de validação cruzada em grupo (VCG) puderam predizer com boa precisão a morfologia e as propriedades mecânicas do moldado a partir das condições de processamento, bem como as propriedades mecânicas a partir da morfologia.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VEGA_Marcelo_2014.pdf: 9141409 bytes, checksum: fd60293925ed2e6a9d8df71ece7c06f5 (MD5) Previous issue date: 2014-08-18 / Financiadora de Estudos e Projetos / It is known that the formability of aluminum alloy AA1050 is not favored when sheets are produced by conventional rolling due to the appearance of intense cube texture {100} <100> after recrystallization heat treatment. The objective of this study was to investigate whether components of shear processes can improve this property. For this work two processes of plastic deformation introducing shear stresses were selected: Equal channel angular extrusion (ECAE) and asymmetric rolling; these processes were compared to conventional rolling. In conventional rolling deformation results mainly compressive stresses. In the ECAE process shear is induced in the intersection of two channels of the same geometry that intersect by an angle &#61542; In the asymmetric rolling the shear stress is basically increased due to the speed variation between the rolls. An AA1050 aluminum sheet produced by the twin roll casting process was used in this study. The deformations were performed basically in 4 paths: i) conventional rolling, 70% reduction, ii) ECAE 1-8 passes, iii) ECAE 1-4 passes followed by conventional rolling with reduction of 70% and iv) Asymetric Rolling with reductions 30-50%. The mechanical and microstructural characterization of the deformed state was performed and the formability after annealing heat treatment was studied. ECAE deformation reduced the grain size, which measured by EBSD and transmission electron microscopy yield 1 micrometer. The evolution of equivalent strain compared with the increase of the hardness indicated a grain size stabilization of the grain/cell after four ECAE extrusion passes. After 8 passes the fraction of high angle boundaries exceeded the low-angle boundaries, ie dynamic recrystallization occurred during deformation. The texture after one pass ECAE approached the ideal texture for a 120 ° ECAE die. For deformations with 4 - 8 ECAE passes, the texture evolved into scattering the orientations having the {111} plane parallel to the surface (&#61543; fiber), and into the formation of rotated cube {100} <110> and rotated Goss {110} <110> orientations. The conventional rolling after ECAE returned the orientations to typical rolling textures: brass, copper and Goss. Deformation by asymmetric rolling with a difference of tangential velocity of 1.2 imposed shear stress, but it was necessary to decrease the reduction rate from 10% to 5% per pass in order to appreciably modify the texture. Comparing the formability of the deformed material, it was observed that ECAE increased the penetration depth in the Erichsen test, while rolling decreased the Erichsen index. Asymmetric rolling reduced the intensity of texture and destroyed the symmetry of the crystallographic orientations. The asymmetric rolled sample presented better formability than the rolled samples. After annealing, the samples of conventional rolling, with or without ECAE pre - strain, showed typical textures of annealed laminated material with high cube texture type. The &#61543; fiber was not stable in the ECAE annealed samples. Although the overall texture intensity remained low, increasing ECAE deformation before heat treatment strengthened the Goss {110} <001> orientation. For the asymmetric rolling the fiber orientations <100>// ND was scattered and both rotated cube and cube orientations were present. The lowest index of planar anisotropy was obtained in the sample annealed after four ECAE passes, representing a lower tendency to fail, This sample also presented an index of penetration in Erichsen testing of the same order of conventionally rolled sheets. It has been shown that both ECA as the asymmetric rolling deformation can significantly modify the texture of deformation and annealing, and improve the characteristics of formability of aluminum alloy 1050. This processing step should be located at the end of mechanical forming process before final annealing. / Sabe-se que a estampabilidade em ligas de alumínio AA1050 não é favorecida quando as chapas são produzidas por laminação convencional devido ao surgimento de uma textura do tipo cubo {100}<100> de forte intensidade após tratamentos térmicos de recristalização. O objetivo do trabalho foi investigar se processos com componentes de cisalhamento podem melhorar esta propriedade. Para este trabalho foram selecionados dois processos de deformação plástica que introduzem tensões de cisalhamento: Extrusão em canal angular (ECA) e Laminação assimétrica (LA); esses processos foram comparados à laminação convencional. Na laminação convencional a deformação resulta principalmente de esforços de compressão. No processo ECA o cisalhamento é imposto na intersecção de dois canais de mesma geometria que se interceptam formado um ângulo &#61542;. Na laminação assimétrica o esforço de cisalhamento é introduzido devido à variação de velocidade entre os cilindros de laminação. Partiu-se de chapas de alumínio AA1050 produzidas pelo processo Caster. As deformações foram executadas basicamente em 4 esquemas: i) Laminação convencional com 70% de redução; ii) ECA rota A de 1 a 8 passes; iii) ECA rota A de 1 a 4 passes seguido por laminação convencional com redução de 70% e iv) LA com reduções variando de 30 a 50%. Foi realizada a caracterização mecânica e microestrutural do estado deformado e foi estudada a conformabilidade após tratamento térmico de recozimento. Na deformação por ECA foi observado a redução do tamanho de grão, que medido por EBSD e por microscopia eletrônica de transmissão foi de cerca de 1 &#956;m. A evolução da deformação equivalente comparada com o aumento da dureza indicou uma estabilização do tamanho de grão/célula a partir de 4 passes. Após 8 passes a fração de contornos de alto ângulo ultrapassou a de contornos de baixo ângulo, ou seja, ocorreu recristalização dinâmica durante a deformação. A textura após um passe de ECA se aproximou da textura ideal para matriz ECA de 120°. Mas para deformações com quatro e oito passes, a textura evoluiu para uma dispersão das orientações contendo os {111} paralelos à superfície da chapa (fibra &#61543;), o aparecimento de orientações do tipo cubo rodado (100)<011> e de Goss rodado {110} <110>. A laminação convencional após ECA provocou o retorno às orientações típicas de laminação: latão, cobre e Goss. A deformação por laminação assimétrica com uma diferença de velocidade tangencial de 1,2 impôs esforços de cisalhamento, porém foi necessário diminuir a redução por passes de 10% para 5% para que o cisalhamento adicional modificasse sensivelmente a textura. Comparando a estampabilidade dos materiais deformados, observou-se que a deformação ECA aumentou a profundidade da penetração no ensaio Erichsen, enquanto que a laminação diminuiu o índice Erichsen. A laminação assimétrica reduziu a intensidade de textura e destruiu a simetria das orientações cristalográficas. Esta amostra encruada apresentou estampabilidade superior à das amostras laminadas. Após o recozimento, as amostras de laminação convencional, com ou sem pré-deformação ECA apresentaram texturas típicas de material laminado recozido com alto índice de textura tipo cubo. Nas amostras ECA a fibra &#61543; não ficou estável e teve sua intensidade reduzida. Embora a intensidade de textura total tenha permanecido baixa, o aumento de deformação ECA antes do tratamento térmico reforçou a orientação Goss {110}<001>. Já a amostra de laminação assimétrica houve dispersão das orientações na fibra <100>//ND e tanto orientações cubo como cubo rodado estavam presentes. O menor índice de anisotropia planar foi obtido na amostra de 4 passes ECA recozida (representando uma menor tendência ao orelhamento) e um índice de penetração no ensaio Erichsen da mesma ordem de chapas laminadas convencionalmente. Demostrou-se que tanto a deformação ECA quanto a laminação assimétrica podem modificar significantemente a textura de deformação e de recozimento e melhorar as características de conformabilidade da liga de alumínio 1050. Esta etapa de processamento deve estar localizada no final do processo de conformação mecânica, antes do recozimento final.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2132713 bytes, checksum: a317ded1e6c3864faf9df4b8275106ba (MD5) Previous issue date: 2013-12-02 / The tissue paper industry is consolidating as a good alternative in consumption of eucalyptus pulp fibers. Referred to the high competitive level of pulp and paper industry, it is currently perceived an increase trend in the usage of eucalyptus pulp in tissue furnish, been demanded by the need to created better properties, but also in substitution of more expensive fibers like long fibers. In this context, a barrier for long fiber replacement is normally the resulted mechanical properties, which may impact the final product and runnability of paper machines. This master thesis aims to essay the potential of mechanical strength generation of different eucalyptus market pulps from Eucalyptus urophylla and Eucalyptus grandishybridsaccording to their chemical, physical and morphological characteristics. Also was studied their behavior under the most relevant technologies for strength properties increase such as refining and starch adsorption. In this study, the pulps with higher alkalinity and higher carboxylic acid content, related to its production technology process, showed superior mechanical properties such as tensile strength and elongation, but higher resistance to drainability. They also resulted in smaller fibrillation and relative bonded area (RBA). All samples developed better properties when submitted to the starch absorption with corn amphoteric starch, but under lower refining levels, the sample with higher carboxylic acids developed a higher tensile strength. Thus, it was possible to verify that current evaluated technologies, whether for differentiation in pulp process or for treating fibers in the paper process can increase significantly the mechanical properties of tissue paper. / A indústria de papéis tissue vem se consolidando como uma excelente alternativa para o consumo de fibras celulósicas de eucalipto. Dada agrande competitividade da indústria de celulose e papel, percebe-se atualmente uma tendência de aumento da percentagem de fibras de eucalipto na composição dos papéis tissue, seja para geração de melhores propriedades, seja para redução do custo com a matéria-prima, visto que as fibras longas possuem patamar histórico de preço mais elevado.Neste contexto, o grande entrave para a substituição de fibras longas pelo eucalipto é geralmente a resistência mecânica da folha de papel, que impacta não só o produto final como também o andamento e velocidade da máquina de papel.Assim, este trabalho objetivou verificar o potencial de geração de propriedades mecânicas de diferentes fibras de celulose de eucalipto de híbridosEucalyptus urophyllae Eucalyptus grandis, em função de suas características químicas, físicas e morfológicas, bem como seu comportamento quando submetidas às mais relevantes tecnologias disponíveis para incremento destas propriedades, como o refino e a amidação. Neste estudo, de forma geral, as polpas de maior alcalinidade e maior conteúdo de ácidos carboxílicos mostraram propriedades mecânicas superiores em resistência à tração e alongamento, porém maior resistência à drenabilidade. Apresentaram também menor fibrilação e RBA (relative bonded area). Todas as amostras desenvolveram melhores propriedades quando submetidas ao tratamento de amidação com amido de milho de característica anfótera, porém, em baixos níveis de refino, a amostra com maior conteúdo de ácidos carboxílicos desenvolveumaior incremento de resistência à tração. Todas as medições foram avaliadas do ponto de vista estatístico. Desta maneira, pode-se verificar que as alternativas tecnológicas avaliadas, tanto para a geração de polpas de mercado diferenciadas, quanto para seu tratamento durante o processo de fabricação de papel, podem incrementar significativamente as propriedades mecânicas dos papéis tissue.