O objetivo deste trabalho é avaliar a viabilidade técnica do desenvolvimento de uma miniextrusora dupla-rosca corrotativa que, além de processar a matéria-prima, possa exercer a função de um cabeçote de impressão 3D. Os avanços tecnológicos na área da manufatura relacionados à impressão 3D têm gerado grande entusiasmo nos últimos 10 anos, na medida em que possibilitam a fabricação de formas geométricas de alta complexidade diretamente a partir de arquivos digitais, agilizando a cadeia de produção e reduzindo custos de ferramental associados. Apesar das inúmeras vantagens, a Manufatura Aditiva (MA) ainda é uma tecnologia em desenvolvimento e, portanto, apresenta desafios para que possa realmente atender às novas demandas criadas pela comunidade científica e industrial, muitos deles relacionados com a busca por novos materiais de impressão, com a melhoria dos materiais utilizados, das estratégias de deposição visando menor tempo de fabricação e maior precisão dimensional e com a ausência de padronização para os processos. As tendências no desenvolvimento de materiais para as técnicas de MA por extrusão apontam tanto para a elaboração de compósitos de matriz polimérica e blendas capazes de conferir propriedades mecânicas mais apropriadas às impressões e/ou proporcionar novas funcionalidades, quanto para o desenvolvimento de sistemas que possibilitem a deposição de matérias-primas diferenciadas ou a incorporação de soluções de pós-processamento para compor sistemas híbridos de manufatura. Nesse contexto, a principal motivação deste trabalho é a ausência de um equipamento para produção de compósitos poliméricos e blendas a partir pequenas quantidades de material em pó (cerca de 200 g) e que também seja capaz de estruturar objetos tridimensionais por meio da deposição de camadas sucessivas de material fundido. A fim de obter o conjunto de parâmetros geométricos e operacionais fundamentais para a definição e avaliação da miniextrusora dupla-rosca, houve a necessidade de se desenvolver um procedimento sistemático integrando conceitos de projeto de máquinas, processo de extrusão dupla-rosca e reologia aplicados ao contexto da MA. O método de projeto resultante considera requisitos funcionais e restrições geométricas específicas, conciliando a necessidade de manter uma folga constante entre as roscas com a desejada ação de autolimpeza obtida por meio da interpenetração das mesmas. A capacidade de processar o material viscoso com o torque fornecido às roscas, requisito crítico a ser atendido, foi avaliada teoricamente para o ABS (acrilonitrila butadieno estireno) virgem e validada experimentalmente para três sistemas baseados em ABS com auxílio de um reômetro de torque. Ao final do estudo, foi obtido um modelo geométrico virtual de dimensões reduzidas (69,6x75x201 mm) e na sequência foi construído um mock-up com auxílio da impressão 3D para avaliação das tolerâncias dimensionais, cinemática e funcionalidades básicas do conjunto. Estima-se que a miniextrusora projetada, operando a 10 rpm, seja capaz de processar até 0,2 kg/h e gerar 60% do calor necessário para a fusão (ABS), mostrando-se viável para aplicação como cabeçote intercambiável de impressão 3D destinado à pesquisa de novos materiais para MA. / The objective of this document is accessing the development feasibility of a mini co-rotating twin-screw extruder capable of mixing different materials and performing the function of 3D printhead. The technological progress in the manufacturing context related to 3D printing have generated great enthusiasm in the last 10 years, as it enables fabricating complex geometric shapes directly from digital files, speeding up production chain and reducing associated tooling costs. Despite the many advantages, Additive Manufacturing (AM) is still an emerging technology and must overcome challenges to effectively meet the new demands created by scientific and industrial communities, many of them related to the search for new building materials, improving current materials and deposition strategies, in order to achieve faster fabrication and increased dimensional precision, as well as the lack of process standardization. Tendencies towards material development to AM techniques based in extrusion points to the formulation of different polymer matrix composites and blends capable of imparting more appropriate mechanical properties to the 3D prints and/or provide new functionalities, as well as to the development of systems capable of depositing special raw materials or to the incorporation of post processing solutions composing hybrid manufacture systems. In that context, the main motivation for this work is the lack of an equipment for producing polymer composites and blends from small amounts of powder material (about 200 g) that is also capable of structuring three-dimensional objects depositing successive layers of fused material. In order to obtain the fundamental geometric and operational parameters set to define and access the mini twin-screw extruder, it was necessary to develop a systematic procedure integrating concepts from machine design, twin-screw extrusion and rheology applied to the AM context. The resulting design method considers specific functional requisites and geometric constraints, conciliating the need for a constant clearance between the screws and the desired self-cleaning action obtained with closely intermeshing screws. The capacity to process viscous material with the torque provided to the screws, a critical requisite to be met, was theoretically evaluated considering ABS resin (acrylonitrile butadiene styrene) and experimentally validated to three polymer systems based in ABS with a torque rheometer. At the end of the study, a virtual geometric model with reduced dimensions (69.6x75x201 mm) was obtained and then a mock-up was 3D printed in order to evaluate dimensional tolerances, cinematics and basic functionalities. It is estimated that the mini twin-screw extruder designed is able to process up to 0.2 kg/h running at 10 rpm and generate 60% of the heat necessary to melt the polymer (ABS), showing to be feasible to its application as an interchangeable 3D printhead for research of new materials in AM.

Pesquisas e publicações sobre polímeros luminescentes vêm sendo desenvolvidas nos últimos anos devido à inovação acadêmica, porém ainda no âmbito nacional possuem aplicação industrial limitada. Marcadores ópticos processados são pouco explorados devido à dificuldade de processamento dos materiais poliméricos luminescentes com estabilidade de luminescência. Os materiais utilizados para o processamento de polipropileno luminescente foram Poliamida 6 (PA6) dopada com complexo sintetizado de [Eu(tta)3(H2O)2] obtida através do processo de diluição do polímero e técnica de derramamento. As poliolefinas, por serem inertes, não se adequam ao procedimento comum de dopagem, assim no presente trabalho, o polipropileno luminescente foi preparado indiretamente por dopagem com poliamida dopada com complexo de európio em processamento por extrusão. As técnicas de caracterização utilizadas foram a Análise Térmica (TG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Difração de Raios-X (XRD), Espectroscopia de infravermelho (FT-IR) e estudo das propriedades fotoluminescentes. A blenda PP/PA6:Eu(tta)3 processada apresentou propriedades luminescentes observadas nas transições intraconfiguracionais de bandas finas 4f6 - 4f6 relativas aos níveis de excitação de energia 7F0 → 5L6 (394nm), 7F0 → 5D3 (415nm), 7F0 → 5D2 (464nm), 7F0 → 5D1 (525nm) e 7F0 → 5D0 (578nm). Tanto a blenda de PP/PA6:Eu(tta)3 e os filmes de PA6:Eu(tta)3 quando expostos a luz UV (365nm) apresentaram luminescência vermelha. Os resultados de TG mostraram que sob atmosfera de O2 o PP dopado PA6:Eu(tta)3 apresentou maior estabilidade do que o PP puro. Neste trabalho foi possível processar PP/PA6:Eu(tta)3 com propriedades térmicas e fotoestabilidade, que permitem sua utilização com marcador óptico em processamentos. / Research and publications about luminescent polymers have been developed in the last years for the academic innovation; however the industrial application has been very limited in this area. Processed Optical markers are few explored due to the difficult to process luminescent polymeric materials with stable luminescence. The materials used of processing luminescent polypropylene (PP) were polyamide 6 (PA6) doped with europium complex [Eu(tta)3(H2O)2] obtained through the dilution and casting process. Due to their inercy, polyolefins do not fit into the common procedure of doping, in consequence, in this work luminescent polypropylene was indirectly prepared by polyamide 6 doped with europium complex through extrusion process. Product characterization was done using Thermalgravimetry analysis (TG), Differential Scanning Calorimetric (DSC), X-Ray Diffraction (XRD), Infrared spectroscopy (FTIR) and fotoluminescence of emission and excitation. The blend PP/PA6:Eu(tta)3 presented luminescent properties, after semi-industrial process, as observed in the narrow bands of intraconfiguration transitions - 4f6 relatives to energy levels 7F0 → 5L6 (394nm), 7F0 → 5D3 (415nm), 7F0 → 5D2 (464nm), 7F0 → 5D1 (525nm) e 7F0 → 5D0 (578nm) of emission spectrum. Red light of the pellets or film is emitted when excited in UV lamp (365nm). TG results showed under O2 atmosphere that PP doped with PA6:Eu(tta)3 was more stable than pure PP. In this work luminescent PP/PA6:Eu(tta)3 was processed with properties of thermal and photo stability which can be used as optical marker in polymer processing.

Pesquisas e publicações sobre polímeros luminescentes vêm sendo desenvolvidas nos últimos anos devido à inovação acadêmica, porém ainda no âmbito nacional possuem aplicação industrial limitada. Marcadores ópticos processados são pouco explorados devido à dificuldade de processamento dos materiais poliméricos luminescentes com estabilidade de luminescência. Os materiais utilizados para o processamento de polipropileno luminescente foram Poliamida 6 (PA6) dopada com complexo sintetizado de [Eu(tta)3(H2O)2] obtida através do processo de diluição do polímero e técnica de derramamento. As poliolefinas, por serem inertes, não se adequam ao procedimento comum de dopagem, assim no presente trabalho, o polipropileno luminescente foi preparado indiretamente por dopagem com poliamida dopada com complexo de európio em processamento por extrusão. As técnicas de caracterização utilizadas foram a Análise Térmica (TG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Difração de Raios-X (XRD), Espectroscopia de infravermelho (FT-IR) e estudo das propriedades fotoluminescentes. A blenda PP/PA6:Eu(tta)3 processada apresentou propriedades luminescentes observadas nas transições intraconfiguracionais de bandas finas 4f6 - 4f6 relativas aos níveis de excitação de energia 7F0 → 5L6 (394nm), 7F0 → 5D3 (415nm), 7F0 → 5D2 (464nm), 7F0 → 5D1 (525nm) e 7F0 → 5D0 (578nm). Tanto a blenda de PP/PA6:Eu(tta)3 e os filmes de PA6:Eu(tta)3 quando expostos a luz UV (365nm) apresentaram luminescência vermelha. Os resultados de TG mostraram que sob atmosfera de O2 o PP dopado PA6:Eu(tta)3 apresentou maior estabilidade do que o PP puro. Neste trabalho foi possível processar PP/PA6:Eu(tta)3 com propriedades térmicas e fotoestabilidade, que permitem sua utilização com marcador óptico em processamentos. / Research and publications about luminescent polymers have been developed in the last years for the academic innovation; however the industrial application has been very limited in this area. Processed Optical markers are few explored due to the difficult to process luminescent polymeric materials with stable luminescence. The materials used of processing luminescent polypropylene (PP) were polyamide 6 (PA6) doped with europium complex [Eu(tta)3(H2O)2] obtained through the dilution and casting process. Due to their inercy, polyolefins do not fit into the common procedure of doping, in consequence, in this work luminescent polypropylene was indirectly prepared by polyamide 6 doped with europium complex through extrusion process. Product characterization was done using Thermalgravimetry analysis (TG), Differential Scanning Calorimetric (DSC), X-Ray Diffraction (XRD), Infrared spectroscopy (FTIR) and fotoluminescence of emission and excitation. The blend PP/PA6:Eu(tta)3 presented luminescent properties, after semi-industrial process, as observed in the narrow bands of intraconfiguration transitions - 4f6 relatives to energy levels 7F0 → 5L6 (394nm), 7F0 → 5D3 (415nm), 7F0 → 5D2 (464nm), 7F0 → 5D1 (525nm) e 7F0 → 5D0 (578nm) of emission spectrum. Red light of the pellets or film is emitted when excited in UV lamp (365nm). TG results showed under O2 atmosphere that PP doped with PA6:Eu(tta)3 was more stable than pure PP. In this work luminescent PP/PA6:Eu(tta)3 was processed with properties of thermal and photo stability which can be used as optical marker in polymer processing.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EduardoNascimento.pdf: 8910148 bytes, checksum: f4ffc847b7369fe32fba17b11a5c5bdc (MD5) Previous issue date: 2011-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The degradation of polymer blends has been the subject of few scientific studies. Further studies are of great importance for understanding the degradation mechanisms in polymer blends. The degradation of the blend of HDPE / PS was studied as a function of their composition, processing temperature and number of processes. The material was extruded in a twin screw extruder co-rotacional interpenetrating at temperatures of 200, 240 and 280 ° C, reprocessed five times in the compositions of 25/75, 50/50 and 75/25 % (w.t) HDPE / PS, in addition to pure materials. An estimate of the distribution curve of molecular weight was made using data from parallel plate rheometry and degradation characteristics of the groups were analyzed by infrared spectroscopy with Fourier transformants. The results reveal two distinct regions of behavior in relation to the degradation of the blend. A domain with the mechanism of degradation of PS in which random chain scission occurs without the change in polydispersity, extending from pure PS to blend 50% HDPE / 50% PS. In this region the behavior is closer to the additivity of effects between the pure materials, tending to the field of mechanism of PS and greater balance between the mechanisms in that it increased the concentration of HDPE. It is inferred that this behavior go to about 40% of PS, where nearly co-continuity occurs between the phases. Another region is seen from the 75% HDPE blend. 25% PS to the pure HDPE, where the dominant mechanism is HDPE, with predominant chain branching and polydispersity increased at lower temperatures, in this case 200 ° C, and high rise of chain scission at higher temperatures, 280 ° C. In this region there is a synergistic effect towards the mechanism of HDPE, i.e. the addition of 25% of BP leads to a show very similar behavior to that of pure HDPE, distinguishing the effect of additivity. There is greater resistance to oxidation, synergistic effect, especially in the composition of 75% HDPE/PS 25% attributed to the dispersed morphology of the blends in this composition. / A degradação de blendas poliméricas tem sido alvo de poucos trabalhos científicos. Estudos mais aprofundados são de grande importância para o entendimento dos mecanismos de degradação em misturas de polímeros. A degradação da blenda PEAD/PS foi estudada em função da sua composição, temperatura de processamento e número de processamentos. O material foi extrudado numa extrusora dupla rosca corrotacional interpenetrantes nas temperaturas de 200, 240 e 280 °C, reprocessada cinco vezes nas composições de 25/75, 50/50 e 75/25 % (g/g) PEAD/PS, além dos materiais puros. Uma estimativa da curva de distribuição de massa molar foi feita através de dados de reometria de placas paralelas e os grupos característicos da degradação foram analisados por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier. Os resultados revelam duas regiões de comportamentos distintos em relação à degradação da blenda. Uma com domínio do mecanismo de degradação do PS, no qual ocorre cisão aleatória das cadeias sem a variação da polidispersão, estendendo-se do PS puro até a blenda 50 % PEAD/ 50% PS. Nesta região o comportamento fica mais próximo à aditividade dos efeitos entre os materiais puros, tendendo para o domínio do mecanismo do PS e maior equilíbrio entre os mecanismos na medida em que é aumentada a concentração de PEAD. Infere-se que este comportamento siga até cerca de 40 % de PS, aproximadamente onde ocorre a cocontinuidade entre as fases. Outra região é vista a partir da blenda 75 % PEAD. 25 % PS até o PEAD puro, onde o mecanismo dominante é o do PEAD, apresentando preponderante ramificação de cadeia e aumento da polidispersão em menores temperaturas, neste caso 200 °C, e elevado aumento da cisão de cadeia em temperaturas maiores, 280 °C. Nesta região encontra-se um efeito sinérgico no sentido do mecanismo do PEAD, ou seja, a adição de 25 % de PS mostra conduz a um comportamento muito próximo ao de PEAD puro, distinguindo-se d efeito da aditividade. Há uma maior resistência à oxidação, efeito sinérgico, principalmente na composição 75 % PEAD. 25 % PS atribuído à morfologia dispersa da blenda nessa composição.