Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2012-10-23T21:18:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 251989.pdf: 8330348 bytes, checksum: 74a41c6434b966cc8d0e2bdb83452305 (MD5) / Nos dias atuais, a preocupação com o meio ambiente tem se tornado algo concreto, gerando uma busca incessante em tecnologias para que produtos e subprodutos retornem a um ciclo fechado sustentável. Neste trabalho foi realizado um estudo do desenvolvimento de um material compósito do tipo cinza pesada gerada na queima do carvão na usina termelétrica Jorge Lacerda com material polimérico polietileno de baixa densidade linear, apresentando uma alternativa ao subproduto resultante da queima do carvão mineral. A incorporação de cinza ao material polimérico apresenta mudanças nas propriedades mecânicas em relação ao polímero puro. O material foi preparado por processo de extrusão e injeção e caracterizado através de ensaios de densidade, resistência a tração, MEV (microscopia eletrônica de varredura, Infravermelho (FTIR) e análise térmica (DSC). A incorporação de resíduos de cinza no polímero (PEBDL) apresenta uma menor resistência à tração em relação ao polímero puro, demonstra a viabilidade do uso como função estrutural e apresenta potencialidade industrial para a fabricação de novos produtos e reduzir o passivo ambiental. Nowadays, the concern with the environment has become something concrete, creating an incessant technologic search for products and by-products that going back to a sustainable cycle. This work was accomplished studying the development of a composite material of a general type in heavy ash from burning coal in power plant Jorge Lacerda polymer using linear low density polyethylene, providing an alternative to the by-product resulting from burning of coal. The ash incorporation on polymer material introduces some changes in mechanical properties relatively to the pure polymer. The material was prepared by the extrusion and injection process and characterized by density and resistance to traction tests, SEM (scanning electron microscopy), Infrared (FTIR) and thermal analysis (DSC). The waste ash incorporate in the polymer (LLDPE) presents lower resistance to traction against the pure polymer, showing the feasibility of using as a structural function and provide industrial qualifications for the manufacture of new products and reduce the environmental liabilities.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-24T01:59:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258984.pdf: 23108827 bytes, checksum: e5d6f88241de23cebeb532cfecead334 (MD5) / Tem sido cada vez mais crescente a procura por ferramentas de projeto que possibilitem avaliar o desempenho de um produto em material termoplástico de forma confiável nas etapas iniciais do processo de desenvolvimento. No caso dos produtos em material termoplástico moldados por injeção, certas características somente podem ser avaliadas no material e no processo de fabricação definitivos. Os processos de fabricação rápida se tornaram uma importante ferramenta de projeto. Atualmente, existem processos específicos para cada uma das demandas de uma equipe de projeto. Quando séries pequenas ou peças-protótipo são necessárias, o processo de vazamento de resinas tem se difundido, sobretudo por ser um processo de baixo custo e ter um curto tempo para obtenção do molde. Entretanto, como normalmente os materiais empregados têm baixas resistência mecânica, estabilidade térmica e condutividade térmica, durante o processo de moldagem os moldes trabalham muito mais próximos do limite de resistência que os moldes de produção convencional. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um compósito de resina epóxi e fibras curtas de aço (SSF) para a fabricação rápida de moldes de injeção por vazamento em vácuo. A pesquisa incluiu a caracterização dos materiais empregados no compósito. Os compósitos estudados tiveram as frações volumétricas de 10, 15 e 20% de SSF. Suas propriedades foram comparadas com os materiais comerciais RenCast 436 e Neukadur VG SP 5. Os compósitos desenvolvidos foram testados durante o processo de cura em ensaios de reometria. No processamento avaliou-se questões relacionadas à prevenção da sedimentação das SSF e melhoria no processo de mistura. Corpos de prova foram fabricados para investigar o desempenho dos compósitos. Foram realizados ensaios para determinar as propriedades à tração, a energia de impacto, as propriedades de flexão, o comportamento dinâmico-mecânico, a variação dimensional, o coeficiente de atrito estático e a condutividade térmica. O compósito com 15% SSF apresentou o melhor desempenho. Insertos foram fabricados com este compósito e com o Neukadur VG SP 5, e usados em um molde híbrido instrumentado para avaliar o desgaste na moldagem por injeção de uma blenda termoplástica de PC/ABS. Os resultados mostraram que o compósito com 15% SSF é viável e uma alternativa interessante para a fabricação de insertos para moldes de injeção usando o processo de vazamento de resinas. It is a growing concern the search for design tools that make it possible to assess, in a reliable way, the performance of a thermoplastic part in the early stages of the development process. In the case of injection moulded thermoplastic products certain characteristics can only be evaluated in the final product and during the manufacturing process. Rapid tooling processes have been used as an important tool in plastics product development. At present, there are specific processes for each of the demands of a project design team. When small batches or prototype parts are required the resin casting route has been widespread, because it is an inexpensive process and the time to obtain the moulding tool is relatively short. As the materials used in this process have low mechanical resistance, thermal stability and thermal conductivity, during the moulding process the mould works closer to the material limits than in conventional tooling. The objective of this work was the development of a composite material based on an epoxy resin and short steel fibres (SSF) for the rapid manufacturing of injection moulding blocks or inserts by vacuum casting. The research included the characterization of the materials to be used in the composite. The composites being studied had SSF volume fractions of 10, 15 and 20%. Their properties were compared to the commercial composites RenCast 436 e Neukadur VG SP 5. The developed composites were tested during the curing process by rheometry. The processing addressed the issues of avoiding the SSF sedimentation and improving the mixing. Test specimens were prepared to investigate the performance of the composites. Tensile properties, impact energy, flexural properties, dynamic-mechanical behaviour, dimensional variation, static friction coefficient and thermal conductivity tests were carried out. The best performance was obtained with the composite with 15% SSF. Moulding inserts were manufactured with this composite and the Neukadur VG SP 5, and used in a research instrumented hybrid mould for assessing the wear when injection moulding a PC/ABS thermoplastic blend. The results showed that the epoxy-15% SSF is a viable and interesting alternative for the manufacturing moulding inserts for injection moulds using the resin casting process.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Farmácia. / Made available in DSpace on 2012-10-24T02:07:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261290.pdf: 9078472 bytes, checksum: dbd8a796e4db42970ebb50a5d871f799 (MD5) / Polihidroxialcanoatos (PHAs) são poliésters biodegradáveis e biocompátiveis, produzidos por uma ampla variedade de microorganismos e estocados como fonte de carbono e energia. Poli-(3-hidroxibutirato) (P(3HB)) é o membro mais comum desta família e tem sido usado na obtenção de carreadores de fármacos. Na maior parte dos casos, a liberação de fármacos a partir de microesferas de P(3HB) ocorre em taxas excessivas e tem sido assumido que o fenômeno de liberação é mais dependente da velocidade de dissolução do fármaco do que da degradação da matriz. A estratégia de misturar diferentes materiais em uma formulação pode ser empregada para modificar as propriedades físico-químicas de microesferas e controlar a liberação. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da formação de blendas de P(3HB) com trimiristato de gricerila (TMG) ou poli (D,L-ácido lático)-b-poli (etilenoglicol) (PLA-PEG) e da obtenção de partículas compostas de P(3HB) e gelatina (GEL) sobre as características físico-químicas das microesferas e o perfil de liberação do ibuprofeno. O método de emulsão/evaporação do solvente foi empregado no preparo das microesferas de P(3HB):TMG (9:1, 4:1, 3:1 e 1:1) e P(3HB):PLA-PEG (3:1 e 1:1), usando clorofórmio ou diclorometano/ álcool isopropílico como solventes. As microesferas de P(3HB):GEL 10:1 foram preparadas usando o procedimento de dupla emulsão/evaporação do solvente. Elevados valores de eficiência de encapsulação foram verificados em todas as formulações testadas. Partículas esféricas e de superfície rugosa, apresentando diâmetro médio entre 21,93 e 41,55 mm, foram obtidas. A utilização de diclorometano e o aumento da proporção de TMG na blenda conduziram à redução da porosidade das partículas. Entretanto, os estudos de liberação em tampão fosfato 0,02 M pH 7,4 mostraram que a associação de P(3HB) e TMG não conduz ao controle de liberação do IBF, a qual foi bastante pronunciada na primeira hora de ensaio. Elevados valores de liberação inicial (efeito burst) também foram observados nas microesferas preparadas a partir das blendas de P(3HB) e PLA-PEG 3:1 e P(3HB):GEL 10:1. Neste último caso, a adição de etanol acelerou a liberação do IBF, indicando que a adição do solvente afeta a localização do fármaco na matriz. As análises por calorimetria exploratória diferencial (DSC) e difração de raios-x indicaram a redução da cristalinidade do P(3HB) somente quando a blenda P(3HB):PLA-PEG 1:1 foi testada. Entretanto, independente das condições de preparo das microesferas, o IBF pareceu estar parcialmente disperso na sua forma amorfa ou molecular na matriz. Apesar da utilização da blenda de P(3HB) e PLA-PEG 1:1 ter conduzido à redução da cristalinidade, a velocidade de liberação foi mais prolongada quando as microesferas de P(3HB):PLA-PEG 3:1 foram testadas, sugerindo que o grau de hidratação da matriz pode ter interferido na cinética de liberação. A avaliação in vivo do ibuprofeno encapsulado nas microesferas de P(3HB):PLA-PEG 3:1 foi conduzida em ratos artríticos (modelo CFA). Os resultados obtidos indicaram redução do edema articular e da migração celular após administração das microesferas contendo IBF, quando comparado aos grupos tratados com IBF livre e microesferas brancas, respectivamente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:30:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 260040.pdf: 26241231 bytes, checksum: 0f22c8ef5cb35d959b17837c3540024e (MD5) / A fabricação rápida de componentes poliméricos é uma alternativa na obtenção de geometrias complexas para as mais variadas aplicações. A tecnologia de fabricação, que compreende a sobreposição de camadas sucessivas de material particulado e sinterização por laser (SLS, Selective Laser Sintering), apresenta enorme potencial de integrar liberdade de forma, com a possibilidade de variação composicional em determinados volumes do componente. Neste contexto, a obtenção de propriedades específicas pode ser alcançada com o emprego de materiais especiais em conjunto com os tradicionalmente utilizados. A adição de nanotubos de carbono (CNTs) ao material particulado, mais especificamente a poliamida, pode dar origem a nanocompósitos com propriedades interessantes para o setor aeroespacial, como: elevada resistência mecânica e propriedades elétricas e térmicas incomuns à maioria dos materiais poliméricos. O objetivo deste trabalho foi a obtenção de peças com gradiente funcional, fabricados pela técnica de Sinterização Seletiva a Laser, a partir de compósitos de Poliamida 12 (PA12) e nanotubos de carbono de múltiplas paredes (MWCNTs). Para a obtenção das propriedades mecânicas otimizadas foram estudadas etapas de tratamento de superfície dos nanotubos, com o objetivo de melhorar sua interação com a matriz. Estudos para obtenção de parâmetros otimizados de processamento foram realizados com compósitos PA12/MWCNTs, com o intuito de aumentar a resistência mecânica em relação à base polimérica. As análises microestruturais e das propriedades mecânicas foram obtidas por ensaios dinâmico-mecânicos e microscópio eletrônico de varredura. Um modelo de componente mecânico exibindo um gradiente de composição foi confeccionado e analisado. Foram obtidos aumentos percentuais em termos de propriedades mecânicas na ordem de 20% com a adição de 1,0% em massa de nanotubos de carbono. A incorporação de 3%p da mesma carga apresentou decréscimo dessas propriedades mecânicas. A fabricação de componentes com gradiente de composição apresentou características interessantes quanto à morfologia e robustez, mostrando as potencialidades deste desenvolvimento para aplicações no setor aeroespacial, principalmente em componentes de satélite. The rapid manufacturing of polymeric parts is an alternative to obtain complex shapes for different applications. Selective laser Sintering (SLS) is a rapid manufacturing technology that presents a great potential to integrate freeform with the possibility of compositional change in the volume of the part through overlapping of successive layers of powder material. In this context, the achievement of specific properties can be obtained with the use of special materials together with common used materials. The addition of carbon nanotubes (CNTs) to the powder material, more specifically the polyamide, can form nanocomposites with interesting properties for aerospace industry, such as: high mechanical strength and unusual thermal and electrical properties for the many kinds of polymeric materials. The main objective of this work it to obtain parts with functional gradient from composites of Polyamide 12 (PA12) and multiple walled carbon nanotubes (MWCNTs), manufactured by the Selective Laser Sintering technique. In order to obtain the desired mechanical properties, it will be necessary steps of surface treatment of the nanotubes with the objective to improve its adhesion properties. Subsequent obtaining the mixture, it will be studied and optimized the processing parameters of the composites during the selective laser sintering process aiming at increase of the mechanical strength compared with the pure matrix material. The microstructural analysis and mechanical properties will be evaluated using dynamical mechanical and scanning electron microscope. A mechanical component consisting on a demonstrative character displaying a gradient of composition was made and analyzed. Percentage increases were achieved in flexural modulus and stress in the order of 20% with the addition of 1.0%wt of carbon nanotubes. The incorporation of 3%wt the same filler has provided decrease of mechanical properties. The manufacture of functionality graded components on the Y axis become possible, presenting interesting features on the morphology and mechanical consistency, showing the potential of this development for applications in the aerospace sector, especially in satellite components.

[pt] O problema tratado nesta dissertação é o da modelagem da excitação, propagação e sensoriamento de ondas acústicas de alta frequência em compósitos piezoelétricos laminados. Empregou-se uma formulação de vigas baseada na teoria discreta de Reddy para compósitos laminados. Esta teoria tem como característica o emprego de funções de interpolação de ordem arbitrária para descrever a variação dos campos de deslocamento e do potencial elétrico ao longo da espessura do laminado. A utilização deste tipo de teoria possibilita a representação de campos de deslocamento que variam rapidamente ao longo da espessura, e que na faixa de altas frequências, são representativos daqueles associados com ondas guiadas em compósitos laminados. No domínio da frequência, o sistema de equações que descreve a resposta eletromecânica do laminado piezoelétrico é colocado na forma de uma equação de estado. A técnica de solução utilizada é baseada no método da imersão invariante, também conhecido como método da varredura ou método de Riccati. Para avaliar os limites da faixa de frequências onde diferentes aproximações são válidas, empregou-se uma técnica baseada na comparação entre o espectro de dispersão exato e aquele previsto pela teoria aproximada. Os resultados destas comparações, mostram que utilizando-se o número de funções de interpolação apropriado, a teoria discreta de Reddy é capaz de representar ondas de comprimento até quatro vezes menores que a espessura da viga. Na faixa de baixas frequências, os resultados são comparados com soluções numéricas fornecidas pelo método dos elementos finitos. Também são apresentados resultados que mostram a variação na resposta eletro-mecânica da viga quando descontinuidades são introduzidas nesta, bem como resultados de experimentos que envolvem a utilização de piezoelétricos como atuadores e sensores. / [en] The proposed contribution adresses the problem of modeling high- frequency excitation, propagation, and sensing, of structural waves in composites containing piezoelectric sensors and actuators. The model for the active composite beam proposed here is based on Reddy’s discrete layerwise laminate theory. The displacement and electric potential are interpolated in the through-thickness direction using piecewise linear functions. In the frequency domain, the governing equations are written in a state space form. Comparisons between approximate and exact wave dispersion spectra are performed in order to assess the efficiency of the layerwise theory in a given frequency range. It is shown that by employing the proper interpolation, Reddy s theory is able to describe the dynamic response of the composite at frequencies where the associated wavelengths are of the same order or even shorter than the thickness of the piezoelectric layers. Next, the solution for the state space equation is obtained by employing an algorithm based on a discrete version of the Riccati transformation, It is shown that the algorithm is stable over a wide range of frequencies. In the low frequency range, the analytical results are compared with finite element results. Also are shown the change in the electrical and mechanical response when discontinuites are introduced in the beam, as well as basic experiments involving piezoelectric sensors and actuators.

[pt] Este trabalho procura estudar materiais compostos constituídos por uma matriz de resina poliéster reforçada por fibras de vidro, com propriedades de ortotropia, transparência e birrefringência, através do desenvolvimento de métodos apropriados para a sua obtenção e sua caracterização mecânica e ótica. O material foi obtido a partir de um tipo de fibra de vidro disponível no mercado nacional: fio Roving 374, da Ocfibras, que serviu de reforço à resina poliéster Crystic 199PA rígida, comercializada pela Leo Glass, que constituiu a matriz. O material desenvolvido teve ambos comportamentos mecânico e ótico estudados através de diversos modelos sujeitos a estados uniaxiais e biaxiais de tensões. A discussão dos resultados obtidos e do método de análise experimental empregado, conhecido como foto elasticidade ortotrópica, levou à conclusão que este método pode ser aplicado com uma precisão razoável (mais ou menos 20 por cento), a despeito das dificuldades relativas à interpretação da resposta ótica do material, que depende da transparência do mesmo e da existência de baixas tensões residuais elásticas. / [en] The present work aims to study composite materials, more precisely, certain type of reinforced fiberglass polyester resin with orthotropic, birefringent and transparency properties, through the development of appropriate methods for its mechanical and optical characterization. A kind fiberglass available on the Brazilian market was used: roving 374, (by Ocfibras) which was combines with crystic 199 P.A rigid resin matrix (by Leo Glass). Both mechanical and optical behaviors were studied through several models subjected to uniaxial and biaxial states of stress. The discussion of the results and of the experimental methods used leaded to the conclusion that this method reached good resolution – of a maximum of 20 per cent – in spite of difficulties reached in interpreting the optical response this is a function of both material’s transparency and residual elastic stresses.

Neste trabalho apresenta-se a implementação da matriz de amortecimento viscoelástica para um programa computacional de análise de cascas laminadas de materiais compósitos. A formulação apresentada permite realizar análises dinâmicas de estruturas laminadas com a consideração do efeito do amortecimento para dois modelos diferentes: Kelvin e Zener. A matriz de amortecimento foi implementada de duas formas: proporcional à massa ou proporcional à rigidez. A equação do movimento do sistema dinâmico foi resolvida utilizando-se o método de Newmark para integração direta. Para o modelo Zener foi desenvolvida uma análise para um elemento com 1 grau de liberdade. Apresentam-se exemplos de aplicações da formulação para modelos viscosos, implementadas no programa de elementos finitos, submetidos a diferentes tipos de carregamentos, como carga distribuída e cargas de impacto com diferentes tipos de excitações. Comparações entre o comportamento dos modelos Kelvin e Zener foram realizadas para validar os resultados obtidos.

Neste trabalho implementou-se o elemento hexaédrico com um ponto de integração para análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados com ou sem enrijecedores. O elemento está livre de travamento volumétrico e travamento de cisalhamento, não apresentando modos espúrios. São também incluídos problemas com não-linearidade geométrica A matriz de rigidez e de massa são dadas de forma explícita, reduzindo o tempo computacional, especialmente na análise não-linear. Para evitar o travamento de cisalhamento as componentes de deformações são referidas a um sistema co-rotacional. O travamento volumétrico é também eliminado, já que a parte dilatacional (esférica) da matriz gradiente é avaliada apenas no ponto central do elemento. Para a solução das equações de equilíbrio na análise estática, utilizam-se um método direto baseado na eliminação de Gauss ou um método iterativo de gradientes conjugados com precondicionamento executado através da eliminação incompleta de Choleski. Para a análise dinâmica, as equações de equilíbrio são integradas através do método explícito ou implícito de Taylor-Galerkin ou do método implícito de Newmark. Para análise não-linear utiliza-se o Método Generalizado de Controle dos Deslocamentos. Através de exemplos numéricos demonstra-se a eficiência e o potencial do elemento tridimensional na análise linear e não-linear de placas e cascas de materiais laminados. Os resultados são comparados com trabalhos que utilizam diferentes elementos de placas e cascas.

A necessidade cada vez maior de efetuar a reabilitação de estruturas que apresentam manifestações patológicas faz com que os profissionais da área busquem continuamente aperfeiçoar os meios tradicionais utilizados para este fim e investigar novos materiais que apresentem vantagens técnicas e econômicas. A utilização de tecidos de fibra de carbono para reabilitação ou reforço de estruturas de concreto armado apresenta-se como uma nova alternativa que tem despertado grande interesse tanto no meio científico quanto no meio profissional, justificando-se o seu estudo. A presente pesquisa investiga a sanidade do reforço quando submetido a elevadas temperaturas, uma vez que o risco de perda da integridade durante um incêndio constitui uma das principais preocupações no que se refere a esta nova técnica, pois a aderência do tecido ao substrato é realizada com adesivo epóxi, altamente vulnerável ao efeito do calor. A degradação em termos de perda de resistência do reforço é avaliada para temperaturas variando de 80 °C à 240 °C e tempos de exposição de 30 à 120 min. Proteções passivas com argamassa de revestimento e gesso aplicadas sobre a matriz de epóxi, como forma de atenuar a degradação do polímero, são também investigadas Pesquisas e várias combinações destas variáveis e os resultados indicam que o adesivo epóxi apresenta um processo de volatilização crescente com o aumento da temperatura, comprometendo a eficácia da técnica de reforço; no entanto, a aplicação de revestimentos incombustíveis e isolantes sobre os elementos reforçados retarda este fenômeno. O estabelecimento do que se constitui em boa técnica para a aplicação de reforço com tecidos de fibra de carbono é de vital importância para evitar o colapso de elementos estruturais reforçados ou, ao menos, garantir estanqueidade e isolamento dos mesmos por um intervalo de tempo suficiente que possibilite a retirada dos ocupantes e as operações de combate ao incêndio em condições de segurança.

Este trabalho analisou o comportamento hidráulico e mecânico de novos materiais geotécnicos compósitos, tentando adequar suas características à utilização em barreiras horizontais impermeáveis, dando ênfase para liners de cobertura. A melhoria das propriedades das matrizes estudadas, que resultaram em novos materiais compósitos, foi avaliada através da adição de bentonita e fibras. O estudo consistiu em duas etapas: a avaliação do comportamento hidráulico e do comportamento mecânico dos compósitos. Na primeira etapa foram realizados ensaios de condutividade hidráulica em permeâmetro de parede flexível com carga constante, em amostras compactadas de solo residual de arenito Botucatu, cinza de fundo, areia e caulim, com adições de bentonita e fibras de polipropileno de 24mm. Dentre os materiais estudados, a cinza de fundo foi a única matriz que, mesmo com a adição de 18% de bentonita, não alcançou uma condutividade hidráulica inferior a 1x10-7m/s, exigida para liners de cobertura. Além disso, com o intuito de avaliar o efeito da inclusão da bentonita e da morfologia das partículas na condutividade hidráulica das misturas, principalmente para a cinza de fundo, foi feita uma análise fotomicrográfica do material em microscópio petrográfico Na segunda etapa do trabalho foi estudado o comportamento mecânico dos compósitos através de ensaios triaxiais de compressão isotrópica, ensaios triaxiais CID e CIU com trajetórias de tensão convencionais e especiais, bem como através de ensaios ring shear. Foi verificado que a adição de fibras aumenta os parâmetros de resistência ao cisalhamento (c, φ) e a resistência ao cisalhamento pós-pico dos compósitos, principalmente a baixas tensões efetivas médias iniciais e após grandes deformações. A análise conjunta dos resultados de condutividade hidráulica e do comportamento mecânico dos compósitos indica a existência de uma grande gama de materiais compósitos que podem ser utilizados como liners de cobertura: liners de areia com bentonita e areia com bentonita e fibras; liners de SRAB e SRAB com fibras e liners de caulim e caulim com fibras, sendo que o último pode ser utilizado também para resíduos perigosos ou em liners de fundo.