Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-04-11T04:14:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344790.pdf: 4497776 bytes, checksum: 51d0e971baa12197b90619109bb33233 (MD5) Previous issue date: 2016 / A indústria brasileira de copos plásticos descartáveis constitui-se em menos de 25 empresas, sendo 8 delas situadas em Santa Catarina. Em 2006, estimava-se que a produção nacional de copos poliméricos descartáveis era, aproximadamente, 96 mil toneladas/ano, predominantemente destinada ao mercado interno. Das máquinas utilizadas para a transformação dos polímeros nas empresas de descartáveis, as termoformadoras transformam bobinas de chapas poliméricas em copos, potes e tampas por meio de conformação mecânica. Estima-se que a energia utilizada pelos processos de termoformagem seja aproximadamente 2,2 GWh anuais. Portanto, o aumento de eficiência nesse processo poderá acarretar em economia significativa de energia para o país. Este trabalho visa contribuir para o aumento da eficiência energética no setor de transformação de polímeros, enfocando a análise energética de uma máquina termoformadora assistida por plugue. Durante a termoformagem, o material polimérico é submetido a aquecimento, por resistências elétricas, conformação, por meio de acionamento mecânico auxiliado por ar comprimido, e resfriamento, utilizando um chiller de refrigeração. A análise realizada inclui a modelagem térmica da máquina termoformadora, implementada no software EES, e medições em uma termoformadora de copos de polipropileno de uso industrial. Para a modelagem térmica, a máquina foi divida em dois volumes de controle principais, a estufa e o molde. No primeiro, a lâmina de polímero sofre aquecimento por radiação a partir de resistências elétricas, enquanto que, no segundo, a chapa é estirada com auxílio do plugue e ar comprimido e, depois, resfriada indiretamente com água. Após a formação do copo, o mesmo é extraído do molde e ejetado com jatos de ar-comprimido. As medições foram realizadas com a máquina em funcionamento total e/ou parcial e depois foram comparadas com as previsões do modelo térmico. A comparação entre os resultados da simulação e as medições apresentou boa concordância, indicando a validade do modelo adotado. Os maiores consumos de energia foram encontrados no compressor de ar (37 %), seguido da estufa de aquecimento (34 %) e, finalmente, do chiller de refrigeração da água de resfriamento do molde (28 %). Ao final do trabalho, foram elencadas algumas propostas de melhoria de eficiência energética, resultando em possível redução de consumo de energia estimada em 14 %.<br> / Abstract : The Brazilian industry of disposable plastic cups comprises 25 companies, 8 of them located in Santa Catarina. In 2006, the domestic production of disposable plastic cups was estimated in approximately 96,000 tons/year, predominantly destined to the domestic market. The thermoforming machines process roll polymeric sheet in cups, jars, and caps by thermal forming. The total number of machines operating in Brazil consume an annual amount of energy estimated in 2.1 GWh. Therefore any gains in thermal efficiency in this sector may represent a considerable amount of energy nationally. This work aims at increasing the energy efficiency in the polymer processing industry, focusing on the energy analysis of a thermoforming machine assisted by plug. During thermoforming, the polymeric material is subjected to heating by electrical resistance, forming by a mechanical actuation aided by compressed air, and cooling using a water chiller. The analysis includes thermal modeling of the thermoforming machine, implemented in the EES software, and measurements in a thermoforming machine of polypropylene cups operating industrially. For the thermal modeling, the machine was divided into two main control volumes, the radiating oven and the mold. During processing, the polymeric sheet undergoes heating by radiation from electric resistances, then it follows to the mold where it is stretched with the aid of the plug and compressed air, and finally it is cooled indirectly with chilled water. After formation, the cup is extracted from the mold and ejected with compressed air jets. Measurements were performed with the machine on fully and/or partial operation and compared with the predictions of the thermal model. The comparison between the simulation results and measurements showed good agreement, indicating the validity of the model. The largest energy consumption were found in the air compressor (37 %), followed by heating stove (34 %), and finally, the cooling chiller that provides water cooled to the mold (28 %). At the end of the work, a few proposals to improve the energy efficiency were listed, resulting in a possible energy consumption reduction estimated in 14 %.

Chapas de poli(metacrilato de metila) podem ser modificadas por meio da adição de um agente promotor de ligações cruzadas e um plastificante objetivando incrementar seu desempenho durante a termoformagem. A interação intermolecular, modificada com a adição de diferentes quantidades de um agente promotor de ligações cruzadas (TEGDMA) e pela presença de um plastificante (DOP) faz com que as macromoléculas sejam ancoradas e afastadas respectivamente. O desenvolvimento deste trabalho objetivou, avaliar as propriedades físicas, mecânicas, térmicas e o processamento via termoformagem para duas diferentes temperaturas de termoformagem em um molde cilíndrico, a uma mesma taxa de deformação e determinado a influência da formulação, para cinco chapas que se diferenciaram nas quantidades de TEGDMA e uma quantidade fixada de DOP para duas das formulações. Os resultados mostraram que há incremento na deformação com as modificações introduzidas quando comparado a uma chapa sem adição de TEGDMA ou DOP e as propriedades destas chapas como dureza superficial, módulo de rigidez e temperatura de transição vítrea apresentaram mudanças sensíveis, que caracterizam vantagens no uso dos dois componentes. / Poly(methyl methacrylate) sheets can be modified adding a cross-linking agent and a plasticizer, to increase performance during thermoforming. The intermolecular interaction modification can be achieved adding different amount of cross-linking agent (TEGDMA) and a plasticizer (DOP). They have an effect on the network polymer system improving the intermolecular interaction and increasing the macromolecular distances, respectively. The aim of this study was to prepare acrylic sheets formulations with differents amounts of TEGDMA and a fixed amount of DOP, and thermoformed using at differents process temperatures and a mould cylinder at the same strain rate. Samples were carried out and their properties physical, mechanical, thermal and thermoformability was characterized. The results have shown strain increases, changes in surface hardness, Young moduli and glass transition temperature, compared to a reference acrylic sheet.

Chapas de poli(metacrilato de metila) podem ser modificadas por meio da adição de um agente promotor de ligações cruzadas e um plastificante objetivando incrementar seu desempenho durante a termoformagem. A interação intermolecular, modificada com a adição de diferentes quantidades de um agente promotor de ligações cruzadas (TEGDMA) e pela presença de um plastificante (DOP) faz com que as macromoléculas sejam ancoradas e afastadas respectivamente. O desenvolvimento deste trabalho objetivou, avaliar as propriedades físicas, mecânicas, térmicas e o processamento via termoformagem para duas diferentes temperaturas de termoformagem em um molde cilíndrico, a uma mesma taxa de deformação e determinado a influência da formulação, para cinco chapas que se diferenciaram nas quantidades de TEGDMA e uma quantidade fixada de DOP para duas das formulações. Os resultados mostraram que há incremento na deformação com as modificações introduzidas quando comparado a uma chapa sem adição de TEGDMA ou DOP e as propriedades destas chapas como dureza superficial, módulo de rigidez e temperatura de transição vítrea apresentaram mudanças sensíveis, que caracterizam vantagens no uso dos dois componentes. / Poly(methyl methacrylate) sheets can be modified adding a cross-linking agent and a plasticizer, to increase performance during thermoforming. The intermolecular interaction modification can be achieved adding different amount of cross-linking agent (TEGDMA) and a plasticizer (DOP). They have an effect on the network polymer system improving the intermolecular interaction and increasing the macromolecular distances, respectively. The aim of this study was to prepare acrylic sheets formulations with differents amounts of TEGDMA and a fixed amount of DOP, and thermoformed using at differents process temperatures and a mould cylinder at the same strain rate. Samples were carried out and their properties physical, mechanical, thermal and thermoformability was characterized. The results have shown strain increases, changes in surface hardness, Young moduli and glass transition temperature, compared to a reference acrylic sheet.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Francisco Carlos Ruiz.pdf: 2509048 bytes, checksum: 1e7d358e13bab2edb050547a42da7ae1 (MD5) Previous issue date: 2009-08-10 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / The effect of the incorporating 20% of polyethylene with 80% of polypropylene was investigated. The main objective was to study the mechanical behavior of these blends when submitted to different doses of radiation between 25 and 500kGy, in the presence of oxygen and also facing the influence of time. Sample tests were obtained by injection molding using pure polypropylene and two different kinds of polyethylene in each blend: linear low density polyethylene and high density polyethylene. In the mechanical tests it was evaluated the resistance to the Izod impact, flexural modulus, tension resistance and deformations. Analyses of differential scanning calorimetry, infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance were used to help in the understanding the generation of reactive species in the polymers. Although all the samples presented the same tendency in each essay, significant differences were visualized in the resistance to the Izod impact, where the blends presented a less accentuated lose of this mechanical property, 25% in 26kGy dose of radiation, than the pure polypropylene, which lost 65% in the same dose. The behavior of stiffness for all of the samples was very similar, indicating an increase of the crystalline domain that was also verified by thermal analyses and by an increase in the yield stress during the stress-strain test. In the stress of rupture visualizes itself the crosslinking effect of the molecular chains mainly at highest doses of radiation, 200 and 500kGy. This result was also verified by nuclear magnetic resonance analysis which indicated a reduction in the molecular mobility of the linear low density polyethylene blends. Those results showed that both blends presented a better behavior facing the ionizing radiations than the pure polymer, having practical application in the polymers transformation industry. / O efeito da incorporação de 20% de polietileno com 80% de polipropileno foi investigado com o objetivo de estudar o comportamento mecânico da blenda quando submetida à diferentes doses de radiação gama, entre 25 e 500kGy, na presença de oxigênio e também seu efeito frente ao tempo de estocagem do material ao abrigo da luz. Corpos de prova foram obtidos via moldagem por injeção utilizando polipropileno puro e dois tipos de polietileno em cada blenda: polietileno linear de baixa densidade e polietileno de alta densidade, sendo avaliada a resistência ao impacto Izod, módulo de flexão e tensões e deformações no ensaio de tração. Análises de calorimetria exploratória diferencial, espectroscopia na região do infravermelho e ressonância magnética nuclear foram utilizadas para contribuir no entendimento do processo de geração de espécies reativas nos polímeros. Muito embora todas as amostras apresentaram a mesma tendência de comportamento em cada ensaio, diferenças significativas foram visualizadas na resistência ao impacto Izod, onde as blendas mostraram degeneração menos acentuada, 25% em dose de radiação de 26kGy, do que o polipropileno puro que perdeu 65% dessa propriedade em 26kGy. O comportamento de rigidez para todos os materiais foi muito semelhante, indicando um aumento de cristalinidade que foi comprovado pelas análises de calor de fusão e aumento na tensão no escoamento durante o teste de tração. Na tensão na ruptura visualiza-se o efeito da reticulação das cadeias moleculares principalmente nas maiores doses de radiação gama, 200 e 500kGy, também comprovado pela análise de ressonância magnética nuclear indicando uma menor mobilidade molecular alcançanda pela blenda com polietileno linear de baixa densidade. Com esses resultados alcançados, as blendas apresentam um melhor comportamento frente à radiação ionizante do que o polímero puro, tendo aplicações práticas na indústria de transformação de polímeros.