O acabamento superficial ou rugosidade das fibras é um fator importantíssimo no estudo da interface fibra/matriz, no que tange à integridade da estrutura, principalmente em estudos de mecanismos de falhas em compósitos, um assunto de suma importância para a indústria aeronáutica, onde esses materiais são amplamente utilizados. O presente trabalho teve como objetivo o estudo da resistência da interface bem como o mecanismo de absorção de energia durante o processo de pull-out em compósitos, incorporando-se a rugosidade superficial das fibras. Para tanto, foi realizada uma profunda análise da superfície das mesmas por meio de um levantamento da topografia das fibras de carbono T300 (com size e sem size) através de Microscopia de Força Atômica, para a determinação da rugosidade superficial, e conseqüentemente, da área e perímetro real das fibras. Novas metodologias de análise de imagens de Microscopia de Força Atômica foram desenvolvidas, para este objetivo, por meio de ajustes mais aderentes à superfície cilíndrica das fibras. Também foi realizada uma análise fractal da superfície das fibras bem como a sugestão de um modelo de ajuste por uma função matemática. Foi desenvolvido um modelo matemático para análise do processo de pull-out utilizando o método de slab. A inclusão de fatores de correção da rugosidade (convencional, ajuste de função e fractal) juntamente com condições de contorno adequadas nas equações diferenciais obtidas no modelo, possibilitou prever-se, de forma razoavelmente boa, valores de tensões e deformações, possibilitando o cálculo da energia necessária para o pull-out e a comparação desses parâmetros com os resultados experimentais dos ensaios de pull-out. Outros parâmetros relevantes também serão apresentados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6040.pdf: 2233550 bytes, checksum: 85c4a2a63a2588091a17f8cbba6ee93c (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Adhesion between powders and surfaces plays an important role in various technological areas and processes, such as paste drying operations, fluidization of fine particles, microencapsulation, xerography and in food and pharmaceutical processes. Adhesion of small particles to solid surfaces is a phenomenon closely associated with industrial hygiene and air pollution studies. The centrifuge technique to determine adhesion force is based on the detachment of particles from a substrate surface due to centrifugal force. In this technique, a substrate with particles deposited on its surface is rotated at successively increasing speeds, and after each rotation at a given speed, the number of particles remaining on the surface is determined. This technique uses imaging analysis to determine the number of adhered particles on the proof disk surface before and after each centrifugation. After applying a specific press-on, images of the substrates containing particles from the pulverized materials were taken by optical microscope Olympus BX60 (Olympus Co. Tokyo Japan and processed by an image analyzer (Image-Pro Plus 7.0).The results were treated statistically to obtain the mean particle adhesive force. The powder used was a polydisperse sample of microcrystalline cellulose (ρ=1.62 kg m−3). The materials used as substrates were a membrane of cellulose ester 0.2 μm of porosity, brand Shleicher & Shuell - Filtration Life Science, and a compressed particulate (tablets) made of microcrystalline cellulose (Sigma-Aldrich). A microcentrifuge that reached a maximum rotation speed of 14000 rpm which contained specially designed centrifuge tubes was used in the adhesion force measurements. Compression speeds (presson) were applied to each of the experimental runs at 1000, 2000 and 5000 rpm. To detach the particles from the substrate surface, eight cleaning speeds (spin-off) were used. Detachment was done at the centrifugal speeds of: 1000, 3000, 5000, 7000, 9000, 11000, 13000, and 14000 rpm for 1 min. Five particle diameter sizes were studied: 9 15, 15.1 22, 22.1 30, 30.1 42, and 42.1 60 μm. It was observed that the adhesion force increases linearly with the particle diameter, within the range studied and that increased compression speed has an influence on the process of particles detaching. It was possible to obtain a relationship between the adhesion force and diameter of the particles adhered to substrates analyzed The adhesion force experimental results and the adhesion force theoretical values using the models proposed by Derjaguin, Muller and Toporov (DMT) and Johnson, Kendall and Roberts (JKR) were compared. Although the JKR Model was the closest one to the experimental results, the adhesion force theoretical values were far higher than the experimental values. Finally a correction constant (kc) was proposed in order to correlate the theoretical values of adhesion force to the experimental values. / Adesão entre pós e superfície desempenha um papel importante em diversas áreas tecnológicas, tais como as operações de secagem, microencapsulação, xerografia e impressão, e processos farmacêuticos e de alimentos. A adesão de partículas em superfícies sólidas é um fenômeno intimamente associado com estudos de higiene industrial e da poluição do ar. A técnica centrífuga para determinar a força de adesão é baseada no desprendimento de partículas de uma superfície do substrato, devido a força centrífuga. Esta técnica utiliza a análise de imagens para determinar o número de partículas aderidas sobre a superficie do substrato. O substrato com as partículas depositadas na sua superfície é rotacionado sucessivamente a velocidades cada vez mais elevadas e depois de cada rotação a uma determinada velocidade o número de partículas restantes na superfície é determinado e para isso utilizou-se o microscópio óptico (Olympus BX60) e o analisador de imagens Image Pro- Plus 7.0. Os resultados são tratados estatisticamente para obter a força de adesão média entre partícula e substrato. O pó utilizado foi uma amostra polidispersa de celulose microcristalina (ρ=1,62Kg m-3). Os materiais utilizados como substratos foram uma membrana filtrante de éster de celulose de 0,2 μm de porosidade, marca Shleicher & Shuell - Filtration Life Science, e um comprimido de celulose microcristalina (Sigma-Aldrich). Utilizou-se, nos experimentos, uma microcentrífuga (MA 860, Marconi Equipamentos), com velocidade máxima de rotação era de 14000 rpm que continha dois tubos nos quais foram colocados adaptadores, cuja finalidade era de sustentar os substratos contendo o material pulverulento distribuído em sua superfície. Para cada substrato foi aplicada a força de compressão (press-on), de 1000, 2000 e 5000 rpm e para separar as partículas da superfície do substrato foram aplicadas forças de desprendimento (spin-off), de 1000, 3000, 5000, 7000, 9000, 11000, 13000 e 14000 rpm. As faixas de diâmetro das partículas de celulose microcristalina utilizadas nos experimentos foram: 9 15, 15,1 22, 22,1 30, 30,1 42 e 42,1 60 μm. Constatou-se que a força de adesão aumentou com o acréscimo da velocidade de rotação da centrífuga aplicada na compressão e com o aumento do tamanho das partículas do material pulverulento. Foi possível obter uma relação entre a força de adesão e o diâmetro das partículas aderidas para os substratos analisados. Os resultados experimentais da força de adesão e os valores teóricos da força de adesão calculados usando os modelos de Derjaguin, Muller and Toporov (DMT) e Johnson, Kendall and Roberts (JKR) foram comparados e embora o modelo de JKR tenha sido o que mais se aproximou dos resultados experimentais, os valores de força de adesão teórica foram distantes e superiores aos valores obtidos experimentalmente. Finalmente, foi possível obter constantes de correção kc que relacionam a força de adesão teórica com a força de adesão observada experimentalmente.

In this work, it was studied theoretically and experimentally biospeckle technique for analysis of rough surface with application to the investigation of biological activity. The theoretical study was conducted using light scattering theory, in particular a first order perturbation method, seeking to obtain the scattering cross-section per unit area of rough surface. Once given the cross-section, it was possible to obtain the distribution of intensities in a certain region of space as a function of time, allowing the comparison of different light distributions in different instants. The experimental investigation was made from the comparison of speckle patterns recorded (by a CCD camera) at different time instants produced from scattering of coherent light at 635 nm from a freshly harvested plant leaf. The parameter of comparison used was the Pearson correlation coefficient. The experimental result obtained from the correlation coefficient versus time showed a temporal evolution type exponential decay, indicating a degradation behavior of the leaf chemically active and regulated by equations rate. The theoretical result of the correlation function of time, obtained by simulation, also showed a behavior type exponential decay indicating a good agreement with experimental results. / Nesta dissertação, foi estudada teórica e experimentalmente a técnica de biospeckle para análise de superfície rugosa com aplicação na investigação de atividade biológica. O estudo teórico foi feito usando teoria de espalhamento da luz, em particular usando método perturbativo de primeira ordem, buscando obter a seção de choque de radiação espalhada por unidade de área da superfície rugosa. Uma vez determinada a seção de choque, foi possível obter a distribuição de intensidades numa certa região do espaço, em função do tempo, permitindo a comparação das diferentes distribuições de luz em instantes distintos. A investigação experimental foi feita a partir da comparação de padrões de speckles gravados (por uma câmera CCD) em diferentes instantes de tempo originados do espalhamento de luz coerente em 635 nm, a partir de uma folha vegetal recém colhida. O parâmetro de comparação usado foi o coeficiente de correlação de Pearson. O resultado experimental obtido do coeficiente de correlação em função do tempo mostrou uma evolução temporal do tipo exponencial decrescente, indicando um comportamento de degradação da folha quimicamente ativo e regido por equações de taxas. O resultado teórico do coeficiente de correlação em função do tempo, obtido por meio de simulação, também evidenciou o comportamento exponencial decrescente indicando uma boa concordância com o resultado experimental.