Esta tese apresenta o estudo sobre microconformação, no caso microextrusão de quatro materiais diferentes, um aço SAE 1020, um aço inoxidável AISI 304, um alumínio AA6531 e um latão ASTM C34000. Para avaliar o efeito do tamanho da peça sobre o processo de microextrusão, dois tamanhos de corpos de prova foram utilizados, um com ∅ 4 mm e outro com ∅ 1 mm. Para cada tamanho de corpo de prova, três ângulos de extrusão foram utilizados, 30°, 45° e 60°. A primeira parte do trabalho se resume a caracterização dos materiais, com analise química e metalográfica. Após a caracterização dos materiais, as curvas de escoamento através do ensaio de compressão utilizando dois tamanhos de corpos de prova foram feitos em todos os materiais. O atrito foi determinado utilizando o ensaio de anel de atrito com três tamanhos diferentes de corpos de prova. As curvas de calibração foram feitas utilizando o software SIMUFACT. Os ensaios de extrusão foram feitos em uma máquina de ensaio universal com capacidade de captura de dados como força e deslocamento. Um modelo matemático foi utilizado para comparar a força de extrusão calculada com o medido no processo. Os resultados indicam que as curvas de escoamento de tamanho macro podem ser aplicadas a peças de tamanho meso. O atrito medido pelo ensaio de anel de atrito mostrou que os valores de atrito de tamanho micro tem um pequeno valor maior que para tamanho macro. Os valores de força de extrusão calculada e medido no ensaio para peças de tamanho meso tem boa aproximação com diferença de 3,2% para o aço inoxidável. Para peça de tamanho micro, a diferença entre o valor medido e o calculado aumenta chegando a diferença de 995% para o corpos de prova de aço comum. / This thesis presents the study about microforming, in this case microextrusion of the four different materials, an SAE 1020 steel, an AISI 304 stainless steel, an AA6531 aluminum and a C34000 brass. To evaluate the size effect about microextrusion process, two sizes of specimens were used, with a ∅ 4 mm and another with ∅ 1 mm. For each size of specimen, three extrusion angles were used, 30 °, 45 ° and 60 °. The first part of the work was to materials characterizations with chemical and metallographic analysis. Following the materials characterization, the flow stress curves was made using the compression test with two sizes of specimens. The friction was determined using the friction ring test with the three different size. Calibration curves were performed using the software SIMUFACT . The extrusion tests were performed in a universal testing machine capable of capturing such as force and displacement data. A mathematical model was used to compare the extrusion force it was calculated and the force measured in microextrusion. The results indicate that the flow stress curves of macro size can be applied to meso sizes. The ring friction test indicate that the friction values of the micro size has a small value greater than macro size. The extrusion force calculated and measured in the test to meso size has good approximation with a difference of 3.2% in the stainless steel. To pieces of the micro size, the difference between the measured and calculated force increases 995% for the samples of SAE 1020 steel.

As linhas flexíveis, estruturas compostas por um determinado número de camadas plásticas e de aço, possibilitam o escoamento de fluidos em operações de exploração e produção de hidrocarbonetos entre plataformas marítimas de petróleo e o leito marinho e/ou a costa. E, atualmente, têm sido utilizadas na exploração de hidrocarbonetos em lâminas dágua cada vez maiores. O presente estudo visa modificar quimicamente o LLDPE através de processos de extrusão reativa envolvendo a graftização de VTMS na presença de peróxidos orgânicos, e posterior formação de ligações cruzadas promovida pela água. Visa analisar também o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas do LLDPE. De forma a atingir os objetivos propostos, um planejamento experimental foi realizado para analisar o efeito de variáveis como velocidade de rotação do parafuso da extrusora, tipo e teor de peróxido nos índices de fluidez dos produtos da reação do LLDPE com peróxido de dicumila (DCP) e 2,5-dimetil-peróxi-hexano (Trigonox 101). Essa metodologia também foi utilizada para avaliar o efeito da concentração de silano, da velocidade de rotação do parafuso da extrusora e do procedimento de imersão nos índices de fluidez dos produtos da reação do LLDPE com 0,02% p/p de DCP e concentrações variáveis de silano. As amostras foram caracterizadas através dos ensaios para determinação de índice de fluidez (MFI) e teor de gel, ensaios convencionais de tração e técnicas de análise térmica, TGA e DSC. A técnica de FTIR foi utilizada para verificar a ocorrência das reações de graftização e formação de ligações cruzadas no LLDPE. As amostras reagidas com teores de 0,07% de DCP e 1,0 e 1,5% de silano, respectivamente, apresentaram valores significativos para os teores de gel em ambas as velocidades de rotação (10 e 50rpm). A amostra reagida com 0,07% de DCP e 1,5% de silano, a 10rpm, apresentou um teor de gel de 74,77%. A análise termogravimétrica (TGA) realizada evidenciou que houve um aumento da estabilidade térmica do polímero devido à formação de ligações cruzadas. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o LLDPE modificado devido à heterogeneidade dos corpos de prova. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no LLDPE. / The flexible lines are flexible structures manufactured through plastic and steel layers that allows its use in order to permit fluid flow in exploration and production of hydrocarbon between offshore oil units and sea bed and/or coast. Nowadays these pipes are one of the main ways to permit the exploration of hydrocarbon in deepwater. The present study aims to analyze the LLDPE (Low Density Polyethylene) chemical changing through a reactive extrusion process involving VTMS grafting in presence of organic peroxides. After a crosslinking due to water, an analysis will be carried out in order to assess the PEX (crosslinked polyethylene) application in flexible pipe structures. The crosslinking effect at thermal and mechanical properties will also be studied. An experimental planning was carried out in order to evaluate the effect of variable variations such as the rotational velocity of the single-screw extruder, type and concentration of peroxides at melt flow index of the products originated from the LLDPE-peroxides (DCP and Trigonox 101) reaction, and in order to analyze the silane concentration effect, rotational velocity and immersion procedure at melt flow index in products with LLDPE and contents with DCP variable concentrations of silane. The samples were characterized through tests such as MFI (Melt Flow Index), gel content determination, tensile testing and thermal analyses, DSC (Differential Scanning Calorimetry) and TGA (Thermal Gravimetric Analysis). The Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) was also used to characterize the samples. The samples content 0,07% of DCP and 1,0 and 1,5% of silane, respectively, showed considerable value for gel contents in both rotational velocities (10 and 50rpm). The sample with 0,07% of DCP and 1,5% of silane, at 10rpm, a value of 74,77% of gel content could be noticed. The thermal analyses carried out showed that an increase of thermal stability for the polymer due to crosslinking generation happened. After tensile testing, a considerable changing in mechanical proprieties of the changed LLDPE was not seen due to the specimens heterogeneity. However through FTIR, silane linking was noticed demonstrating the LLDPE reticulation.

Notre travail a pour objectif l'étude de l'influence de l'ajout de nanocristaux de cellulose dans des matrices biodégradables sur leurs propriétés. Des films composites et des pièces injectées ont été préparés et caractérisés. Dans ce but, ont été choisis comme matrices le poly(acide lactique), PLA, et le poly (butylène adipate-co-téréphtalate)), PBAT. Deux matières première d'où des nanocristaux de celulose ont été extraites ont été sélectionnées : le bois balse et la cellulose microcrystalline (CMC). En raison du caractère fortement polaire des nanocristaux de cellulose différentes voies de modifications chimiques de la surface de ces particules ont été testées afin d'assurer une bonne dispersion de ceux-ci lorsqu'ils sont ajoutés à des matrices polymères de polarité inférieure. En effet, les approches testées étaient: (a) le greffage de deux types d'isocyanates, dont l'un aliphatique et l'autre aromatique: l'octadécyl isocyanate (NCC_oct) et le phényl-butyle isocyanate (NCC_fb), respectivement; (b) le greffage de poly(butylène glutarate) à travers la technique de polymérisation in situ (NCC_PBG); (c) le greffage de l'acide polyacrylique à travers la technique appelée click chemistry (NCC_PA); et (d) la silanisation avec le - methacryloxy-propyle-trimethoxy-silane(NCC_MPS). Les NCCs initiaux et modifiés ont été ajoutés aux matrices de PBAT ou du PLA par procédés de mélanges à partir de solution (casting) ou à partir de l'état fondu (par extrusion ou en utilisent un homogénisateur de type Drais). En général, la modification chimique de la surface de NCC a augmenté la résistance thermique de celui-ci, a diminué son caractère hydrophile et a amélioré la dispersion des NCCs dans les matrices de PLA et PBAT. Cela a provoqué des augmentations encore plus grandes dans les propriétés de ces polymères, en fonction du type de modification et du procédé de fabrication utilisé. La caractérisation des nanocomposites a démontré que, en général, l'addition des NCCs a augmenté le module d'élasticité de la matrice et a conservé sa rigidité même à températures relativement élevées. Des niveaux plus élevés de NCC conduisent à de plus grandes augmentations de la rigidité. La perméabilité à la vapeur d'eau de PBAT a été réduite par l'introduction de NCC et n'a pas changé dans le cas du PLA. Les résullts de ces travaux ont indiqué de bonnes perspectives concernant l'utilisation des nanocristaux de cellulose comme élément de renfort de matrices polymères. De manière générale, le présent travail a démontré que les NCCs étaient capables d'améliorer les propriétés mécaniques, thermiques et de barrières du PBAT et du PLA, qui sont deux polymères biodégradables largement utilisés dans les applications de films ou de pièces plastiques. De plus, les résultats montrent qu'il est possible de modifier la polarité des NCC en les soumettant à des modifications chimiques de surface afin d'éviter leur agglomération par la formation de ponts de liaisons hydrogènes et de les rendre compatibles avec différentes matrices polymères. Ces modifications chimiques tendent aussi à élever la résistance thermique des NCCs. De cette manière, les procédés à l'échelle industrielle comme l'extrusion et l'injection peuvent être utilisés et fournissent de bons résultats. / This study aimed at evaluating the potential of application of cellulose nanocrystals as reinforcing elements of biodegradable polymeric matrices, in the films and injection molded pieces applications. Two polymeric matrices with different properties were used, namely: poly(butylene adipate-co-terephthalate), PBAT, and poly(lactic acid), PLA. For the extraction of cellulose nanocrystals (NCC), two sources were selected: microcrystalline cellulose (CMC) and balsa wood . Due to the high polarity of cellulose nanocrystals, different approaches of surface chemical modifications of these particles were tested, in order to ensure their good dispersion when added to polymeric matrices of lower polarity. They were: a) chemical modification with two types of isocyanates, an aliphatic one (octadecyl isocyanate) and an aromatic one (phenylbutyl isocyanate); b) grafting of poly (butylene glutarate) using the in situ polymerization technique; c) silanization treatment; and d) grafting of poly(acrylic acid) through click chemistry technique. Modified and unmodified NCCs were processed with PBAT and PLA by casting or melt extrusion processing techniques. In general, the chemical modification of NCC surface increased their thermal resistance, decreased their polarity and improved their dispersion into PLA and PBAT matrices. Some of these treatments, as well as the processing conditions enabled an increase in the overall mechanical properties of the polymers. Thus, the characterization of the nanocomposites showed that NCC addition increased the elastic modulus of the matrix and retained its higher stiffness even under relatively high temperatures. Higher NCC contents led to larger increases in the stiffness of the ensuing composites. The water vapor permeability of PBAT was also reduced with the introduction of NCC. This work points out several potential good perspectives for the use of celulose nanocrystals as reinforcing elements of polymeric matrices. It showed also that it is possible to obtain significant improvements in the polymer properties using the same processing techniques as those used at industrial scale, such as melt extrusion and injection molding. / O presente estudo de doutorado teve como objetivo avaliar o potencial deaplicação de nanocristais de celulose como reforço em matrizes poliméricasbiodegradáveis, em aplicações de filmes ou em peças moldadas por injeção.Duas matrizes poliméricas de diferentes propriedades foram utilizadas paraestudo nessas aplicações, sendo elas: poli(butileno adipato-co-tereftalato),PBAT, e poli(ácido láctico), PLA. Foram também selecionadas duas fontes paraextração dos nanocristais de celulose (NCC): a celulose microcristalina (CMC)e a madeira balsa.Devido ao caráter altamente polar dos nanocristais de celulose diferentesrotas de modificações químicas superficiais dessas partículas foram testadas,visando garantir a boa dispersão dos mesmos quando adicionados às matrizespoliméricas de menor polaridade. Foram elas: a) modificação química com doistipos de isocianatos, sendo um de cadeia alifática (octadecil isocianato) e outrode cadeia aromática (fenilbutil isocianato); b) enxertia do poli(butileno glutarato)através da técnica de polimerização in situ; c) tratamento de silanização com -metacriloxi-propil-trimetoxi-silano; d) enxertia de poli(ácido acrílico) através datécnica de click chemistry.NCC modificados e não modificados foram processados com PBAT ouPLA através de mistura com o polímero em solução (casting) ou no estadofundido (extrusão ou homogeneizador de alta rotação do tipo Drais).De modo geral, modificações químicas superficiais dos NCC aumentarama estabilidade térmica dos mesmos, diminuíram sua polaridade e melhoraram adispersão dos NCC nas matrizes de PBAT ou PLA. Isso fez com queincrementos ainda maiores nas propriedades desses polímeros pudessem serxxivalcançados, dependendo do tipo de modificação e do processo de misturautilizados.A caracterização dos nanocompósitos obtidos mostrou que a adição deNCC elevou o módulo elástico das matrizes e conservou sua maior rigidezmesmo em temperaturas relativamente elevadas, sendo que maiores teores deNCC levaram a maiores aumentos na rigidez. A permeabilidade a vapor deágua do PBAT também foi reduzida com a introdução dos NCC e não foialterada no caso do PLA.Os resultados desse trabalho apontaram boas perspectivas no uso dosnanocristais de celulose como reforços de matrizes poliméricas. Tambémmostraram que é possível obter melhorias nas propriedades de polímerosmesmo através da utilização de processos de maior reprodutibilidade emescala industrial, como extrusão e injeção.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6015.pdf: 4561575 bytes, checksum: 252a378ed3b63f6b097f991565a256f1 (MD5) Previous issue date: 2014-04-04 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study aimed at evaluating the potential of application of cellulose nanocrystals as reinforcing elements of biodegradable polymeric matrices, in the films and injection molded pieces applications. Two polymeric matrices with different properties were used, namely: poly(butylene adipate-co-terephthalate), PBAT, and poly(lactic acid), PLA. For the extraction of cellulose nanocrystals (NCC), two sources were selected: microcrystalline cellulose (CMC) and balsa wood . Due to the high polarity of cellulose nanocrystals, different approaches of surface chemical modifications of these particles were tested, in order to ensure their good dispersion when added to polymeric matrices of lower polarity. They were: a) chemical modification with two types of isocyanates, an aliphatic one (octadecyl isocyanate) and an aromatic one (phenylbutyl isocyanate); b) grafting of poly (butylene glutarate) using the in situ polymerization technique; c) silanization treatment; and d) grafting of poly(acrylic acid) through click chemistry technique. Modified and unmodified NCCs were processed with PBAT and PLA by casting or melt extrusion processing techniques. In general, the chemical modification of NCC surface increased their thermal resistance, decreased their polarity and improved their dispersion into PLA and PBAT matrices. Some of these treatments, as well as the processing conditions enabled an increase in the overall mechanical properties of the polymers. Thus, the characterization of the nanocomposites showed that NCC addition increased the elastic modulus of the matrix and retained its higher stiffness even under relatively high temperatures. Higher NCC contents led to larger increases in the stiffness of the ensuing composites. The water vapor permeability of PBAT was also reduced with the introduction of NCC. This work points out several potential good perspectives for the use of celulose nanocrystals as reinforcing elements of polymeric matrices. It showed also that it is possible to obtain significant improvements in the polymer properties using the same processing techniques as those used at industrial scale, such as melt extrusion and injection molding. / O presente estudo de doutorado teve como objetivo avaliar o potencial de aplicação de nanocristais de celulose como reforço em matrizes poliméricas biodegradáveis, em aplicações de filmes ou em peças moldadas por injeção. Duas matrizes poliméricas de diferentes propriedades foram utilizadas para estudo nessas aplicações, sendo elas: poli(butileno adipato-co-tereftalato), PBAT, e poli(ácido láctico), PLA. Foram também selecionadas duas fontes para extração dos nanocristais de celulose (NCC): a celulose microcristalina (CMC) e a madeira balsa. Devido ao caráter altamente polar dos nanocristais de celulose diferentes rotas de modificações químicas superficiais dessas partículas foram testadas, visando garantir a boa dispersão dos mesmos quando adicionados às matrizes poliméricas de menor polaridade. Foram elas: a) modificação química com dois tipos de isocianatos, sendo um de cadeia alifática (octadecil isocianato) e outro de cadeia aromática (fenilbutil isocianato); b) enxertia do poli(butileno glutarato) através da técnica de polimerização in situ; c) tratamento de silanização com - metacriloxi-propil-trimetoxi-silano; d) enxertia de poli(ácido acrílico) através da técnica de click chemistry. NCC modificados e não modificados foram processados com PBAT ou PLA através de mistura com o polímero em solução (casting) ou no estado fundido (extrusão ou homogeneizador de alta rotação do tipo Drais). De modo geral, modificações químicas superficiais dos NCC aumentaram a estabilidade térmica dos mesmos, diminuíram sua polaridade e melhoraram a dispersão dos NCC nas matrizes de PBAT ou PLA. Isso fez com que incrementos ainda maiores nas propriedades desses polímeros pudessem ser alcançados, dependendo do tipo de modificação e do processo de mistura utilizados. A caracterização dos nanocompósitos obtidos mostrou que a adição de NCC elevou o módulo elástico das matrizes e conservou sua maior rigidez mesmo em temperaturas relativamente elevadas, sendo que maiores teores de NCC levaram a maiores aumentos na rigidez. A permeabilidade a vapor de água do PBAT também foi reduzida com a introdução dos NCC e não foi alterada no caso do PLA. Os resultados desse trabalho apontaram boas perspectivas no uso dos nanocristais de celulose como reforços de matrizes poliméricas. Também mostraram que é possível obter melhorias nas propriedades de polímeros mesmo através da utilização de processos de maior reprodutibilidade em escala industrial, como extrusão e injeção.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-09-21T14:11:42Z No. of bitstreams: 1 DissRDC.pdf: 7324446 bytes, checksum: 5e04b539c5f14da2f1e2fb0184498eb9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:26:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRDC.pdf: 7324446 bytes, checksum: 5e04b539c5f14da2f1e2fb0184498eb9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-21T18:26:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRDC.pdf: 7324446 bytes, checksum: 5e04b539c5f14da2f1e2fb0184498eb9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-21T18:26:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRDC.pdf: 7324446 bytes, checksum: 5e04b539c5f14da2f1e2fb0184498eb9 (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / Não recebi financiamento / The homogenizing heat treatment of aluminium billets has direct influence on extrusion process productivity, surface quality and mechanical properties of extruded shapes. The homogenizing process parameters that impacts on metallurgical properties of 6063 alloys are: temperature, time and cooling rate. The maximum recommended homogenizing temperature for 6063 alloy is 590ºC. The minimum homogenizing time is 2,25h. The minimum cooling rate recommended is 400ºC/h. As for extrusion logs homogenizing process of 6063 6” diameter at Sapa Aluminium Brasil the furnace is a process bottleneck for logs production, this work has investigated about the possibility of time reducing without negative impacts on billet metallurgical properties and without detrimental impacts on productivity of extrusion process and quality of its products. This investigation was done by billet metallographic analysis, cold and hot mechanical tests and extrusion/anodizing trials for different homogenizing time conditions. The results have shown that the time reducing did not cause negative impacts for metallurgical neither for mechanical properties and because of that no detrimental effects for extrusion performance and surface finish and anodized quality was observed. Hence, was possible to decrease 20 minutes on homogenizing time and gain 14,5% of productivity on heat treatment process. / O tratamento térmico de homogeneização de tarugos de alumínio tem influência direta na produtividade do processo de extrusão, na qualidade superficial e nas propriedades mecânicas dos perfis extrudados. As variáveis do tratamento térmico da liga 6063 que influem na qualidade metalúrgica são: temperatura, tempo e taxa de resfriamento. Para liga 6063, a máxima temperatura recomendada de homogeneização é de 590ºC. O tempo mínimo para a homogeneização é de 2,25h. A taxa de resfriamento mínima recomendada é 400ºC/h. Como para o tratamento térmico de tarugos de 6” há um gargalo no forno de homogeneização da Sapa Aluminium Brasil, investigouse neste trabalho possibilidades de redução de tempo no processo de homogeneização evitando impactos negativos na qualidade metalúrgica dos tarugos e/ou na performance dos tarugos no processo de extrusão. Tal investigação foi feita através de análises metalográficas, ensaios mecânicos a frio (dureza e tração) e a quente (torção) e testes práticos no processo de extrusão/anodização para amostras retiradas de tarugos homogeneizados em diferentes condições de tempo de homogeneização. Os resultados obtidos mostraram que a redução no tempo de homogeneização não impactou negativamente na qualidade metalúrgica dos tarugos e nem em suas propriedades mecânicas a frio e que as pequenas variações ocorridas mantiveram-se dentro dos limites de especificação e não reduziram a performance do processo de extrusão bem como as propriedades mecânicas e qualidade superficial dos perfis extrudados. Com isso, foi possível reduzir 20 minutos no tempo de tratamento térmico de homogeneização e gerar um ganho de produtividade de 14,5% no processo.

Submitted by Alison Vanceto (alison-vanceto@hotmail.com) on 2017-06-08T17:59:02Z No. of bitstreams: 1 DissTMG.pdf: 5915699 bytes, checksum: 6ec0af39899ad70e102eda93fa21e0e0 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-06-14T13:47:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTMG.pdf: 5915699 bytes, checksum: 6ec0af39899ad70e102eda93fa21e0e0 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-06-14T13:48:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissTMG.pdf: 5915699 bytes, checksum: 6ec0af39899ad70e102eda93fa21e0e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-14T13:55:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissTMG.pdf: 5915699 bytes, checksum: 6ec0af39899ad70e102eda93fa21e0e0 (MD5) Previous issue date: 2015-02-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / The morphology of extruded multiphase polymer systems is usually assessed through off-line characterization methods such as microscopy, which require much time for sample preparation and analysis of the results. This work aimed to the improvement of an optical detector to measure in real time the morphology of blends and polymeric composites in processing by extrusion, by laser light scattering at low angle (LALLS). Such equipment includes hardware and software and is based on measuring the intensity of light from a laser and is spread across and under the melt flow. The signals are collected by an array 91 of photodetectors sent to a computer, and displayed in real time on a three- dimensional plot of scattered light intensity to form a surface defined by 321 points. When analyzing the scattering profile valuable information can be determined that help to elucidate the morphology of the second phase particles. The LALLS detector was tested on bench using standard samples, which were prepared so that one of its parameters (orientation, second phase concentration, dispersed particle size or type of dispersed particle) were known. This allowed the systematic study of these samples and the detector device validation. Finally, the device was tested in real time on the extrusion process, and under different materials and operating conditions. Thus, the LALLS detector device created by the group was improved making it possible to evaluate in a practical way and in real time polymer blends in solid films and morphology of some blends and polymeric composites during extrusion. / A morfologia de sistemas poliméricos polifásicos é usualmente avaliada através de métodos de caracterização off-line, tal como a microscopia, os quais demandam muito tempo para a preparação das amostras e para a análise dos resultados. Este trabalho teve como principal objetivo o aperfeiçoamento de um detector óptico para medida em tempo real da morfologia de misturas e compostos poliméricos no processamento por extrusão, através do espalhamento de luz laser em baixo ângulo (LALLS). Tal equipamento inclui hardware e software e baseia-se na medida da intensidade da luz que provém de um laser e que é espalhada através do material fundido e sob fluxo. Os sinais são coletados por um arranjo de 91 fotodetectores, enviados a um computador, e apresentados em tempo real num gráfico tridimensional da intensidade de luz espalhada formando uma superfície definida por 321 pontos. Ao se analisar o perfil de espalhamento tem-se valiosas informações que ajudam elucidar a morfologia das partículas de segunda fase presentes. O detector de LALLS foi testado em bancada com o uso de amostras-padrão, as quais foram elaboradas de maneira que um de seus parâmetros (orientação, concentração de segunda fase, tamanho de partícula dispersa ou tipo de partícula dispersa) tivesse sido alterado de forma conhecida. Isso permitiu o estudo sistematizado dessas amostras e a validação do dispositivo detector. Por fim, o dispositivo foi testado em tempo real no processo de extrusão, sob diferentes condições materiais e de operação. Com isso, o dispositivo detector de LALLS criado pelo grupo foi aperfeiçoado possibilitando avaliar-se de forma prática e em tempo real: a morfologia de misturas poliméricas na forma de filmes sólidos e algumas misturas e compostos poliméricos durante a extrusão.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcia Adriana Tomaz.pdf: 5577367 bytes, checksum: c8f9d4ee034ae6bd90f26bb87ca29b3c (MD5) Previous issue date: 2004-03-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Aiming the development of high-performance biodegradable polymeric materials, the properties and the processing behavior of poly(3-hydroxibutyrate), PHB, and their blends with poly(ε-caprolactone), PCL, have been investigated. Two sample of PHB obtaneid from sugarcane and characterized by infrared spectroscopy and X-ray diffraction, with molecular weights of 2,4 x 105 g.mol 1, PHB(A) and 3,0 x 105 g.mol 1,PHB(B), were used. Differential scanning calorimetry (DSC) showed that the sample were different regarding the crystallinity degree, 49% for the PHB(A) and 60% for the PHB(B), the glass transition temperature (Tg), 2,0oC (A) and 4,4 oC (B), and the melting temperature, 178oC (A) and 171oC (B). The samples have been processed through high-pressure compacting,solid state extrusion, and injection molding. Cylindrical billets of PHB prepared by compaction at 200 MPa showed high shore hardness, 71,3 (±0,9) D, and compression strength, 51,7 (± 1,0) MPa. The solid state processing was carried out by uniaxial compression, at temperature between the Tg and the melting point, through conical dies with extrusion draw ratio of 25 . It has produced extremely fragile materials with very high crystalline degrees (ca. 90%). Specimens of PHB(B) obtaneid by injection molding showed tensile strength, 24.53 (±0,77) MPa, and modulus ,3.82 (± 0,06) GPa, compatible to diverse type of applications. A small decrease on the tensile strength, 21,88 (± 0,40) MPa, and modulus, 2,17 (±0,25) GPa, and a high increase on the elongation at break, 86.7% (±20,0) were noted for PHB(B)/PCL (70/30) blends prepared by injection molding. DSC analyses of this blend showed two Tg´s, at 10,6oC for the PHB matrix, and at 62,9 oC for the PCL domains. The significant decrease on the Tg of PHB in the blend is possibly related to a partial miscibility of PCL in PHB. Thermal degradation studies of PHB were carried out by thermogravimetric methods, showing that the degradations occurs in only one step and that the presence of oxygen does not interfere in the degradation process. / Visando o desenvolvimento de materiais poliméricos biodegradáveis de alta performance estudaram-se as propriedades e o processamento de poli(3-hidroxibutirato), PHB, e de suas blendas com poli(ε-caprolactona), PCL. Foram utilizadas duas amostras de PHB, obtidas a partir de cana de açúcar,com massas molares de 2,4 x 105 g mol-1, PHB(A) e 3,0 x 105 g mol-1, PHB(B), cujas identidades foram confirmadas por espectroscopia na região do infravermelho. A calorimetria diferencial exploratória (DSC) mostrou que as amostras se diferenciam quanto ao grau de cristalinidade, 49% para o PHB(A) e 60% para o PHB(B), e em relação às temperaturas de transição vítrea, que variaram de 2 oC a 4,4oC, e de fusão, de 178 oC a 171 oC. Os materiais foram processados por compactação a alta pressão, extrusão em estado sólido e injeção em molde. O material compactado a 200 MPa apresentou elevada dureza, 71,30 (±0,9) unidades Shore D, e alta resistência à compressão, 51,7 (± 1,0) MPa. Observou-se que o processamento no estado sólido com razão de extrusão de 25 e em temperaturas até 175oC geram materiais extremamente frágeis, sendo que a caracterização por microscopia eletrônica de varredura mostra que o material não estava consolidado. A análise de DSC deste material revelou um alto grau de cristalinidade (93%), o que provavelmente está relacionado com a grande dificuldade de se obter PHB ou suas blendas com PCL por extrusão sólida. Corpos de prova de PHB(B) obtidos por injeção em molde apresentaram valores de resistência à tração, 24,53 (± 0,77) MPa,compatíveis com diversos tipos de aplicações, enquanto que as blendas de PHB(B)/PCL (70/30) injetadas apresentaram módulo de elasticidade igual a 2,17 (± 0,25) GPa e resistência à tração de 21,88 (± 0,40) MPa. A análise de DSC da blenda apresentou duas Tg´s, uma em -10,6 oC, da matriz de PHB, e outra a 62,9 oC, referente aos domínios de PCL. A diminuição acentuada na Tg do PHB(B) pode estar associada a uma provável solubilidade do PCL em PHB. Estudos da degradação térmica do PHB(B) por análise termogravimétrica, mostram que a degradação ocorre em apenas uma etapa e que a presença de oxigênio não interfere na degradação. Na análise da blenda de PHB(B)/PCL (70/30) é possível observar dois estágios de degradação provenientes do PHB(B) e do PCL e uma diminuição nas temperaturas de início de degradação do PCL e do PHB, quando comparadas com as dos materiais não processados.

As linhas flexíveis, estruturas compostas por um determinado número de camadas plásticas e de aço, possibilitam o escoamento de fluidos em operações de exploração e produção de hidrocarbonetos entre plataformas marítimas de petróleo e o leito marinho e/ou a costa. E, atualmente, têm sido utilizadas na exploração de hidrocarbonetos em lâminas dágua cada vez maiores. O presente estudo visa modificar quimicamente o LLDPE através de processos de extrusão reativa envolvendo a graftização de VTMS na presença de peróxidos orgânicos, e posterior formação de ligações cruzadas promovida pela água. Visa analisar também o efeito da introdução de ligações cruzadas nas propriedades térmicas e mecânicas do LLDPE. De forma a atingir os objetivos propostos, um planejamento experimental foi realizado para analisar o efeito de variáveis como velocidade de rotação do parafuso da extrusora, tipo e teor de peróxido nos índices de fluidez dos produtos da reação do LLDPE com peróxido de dicumila (DCP) e 2,5-dimetil-peróxi-hexano (Trigonox 101). Essa metodologia também foi utilizada para avaliar o efeito da concentração de silano, da velocidade de rotação do parafuso da extrusora e do procedimento de imersão nos índices de fluidez dos produtos da reação do LLDPE com 0,02% p/p de DCP e concentrações variáveis de silano. As amostras foram caracterizadas através dos ensaios para determinação de índice de fluidez (MFI) e teor de gel, ensaios convencionais de tração e técnicas de análise térmica, TGA e DSC. A técnica de FTIR foi utilizada para verificar a ocorrência das reações de graftização e formação de ligações cruzadas no LLDPE. As amostras reagidas com teores de 0,07% de DCP e 1,0 e 1,5% de silano, respectivamente, apresentaram valores significativos para os teores de gel em ambas as velocidades de rotação (10 e 50rpm). A amostra reagida com 0,07% de DCP e 1,5% de silano, a 10rpm, apresentou um teor de gel de 74,77%. A análise termogravimétrica (TGA) realizada evidenciou que houve um aumento da estabilidade térmica do polímero devido à formação de ligações cruzadas. Não se observou um aumento significativo para o limite de resistência para o LLDPE modificado devido à heterogeneidade dos corpos de prova. As análises de FTIR mostraram que houve a graftização e a formação de ligações cruzadas no LLDPE. / The flexible lines are flexible structures manufactured through plastic and steel layers that allows its use in order to permit fluid flow in exploration and production of hydrocarbon between offshore oil units and sea bed and/or coast. Nowadays these pipes are one of the main ways to permit the exploration of hydrocarbon in deepwater. The present study aims to analyze the LLDPE (Low Density Polyethylene) chemical changing through a reactive extrusion process involving VTMS grafting in presence of organic peroxides. After a crosslinking due to water, an analysis will be carried out in order to assess the PEX (crosslinked polyethylene) application in flexible pipe structures. The crosslinking effect at thermal and mechanical properties will also be studied. An experimental planning was carried out in order to evaluate the effect of variable variations such as the rotational velocity of the single-screw extruder, type and concentration of peroxides at melt flow index of the products originated from the LLDPE-peroxides (DCP and Trigonox 101) reaction, and in order to analyze the silane concentration effect, rotational velocity and immersion procedure at melt flow index in products with LLDPE and contents with DCP variable concentrations of silane. The samples were characterized through tests such as MFI (Melt Flow Index), gel content determination, tensile testing and thermal analyses, DSC (Differential Scanning Calorimetry) and TGA (Thermal Gravimetric Analysis). The Fourier Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) was also used to characterize the samples. The samples content 0,07% of DCP and 1,0 and 1,5% of silane, respectively, showed considerable value for gel contents in both rotational velocities (10 and 50rpm). The sample with 0,07% of DCP and 1,5% of silane, at 10rpm, a value of 74,77% of gel content could be noticed. The thermal analyses carried out showed that an increase of thermal stability for the polymer due to crosslinking generation happened. After tensile testing, a considerable changing in mechanical proprieties of the changed LLDPE was not seen due to the specimens heterogeneity. However through FTIR, silane linking was noticed demonstrating the LLDPE reticulation.

Esta tese apresenta o estudo sobre microconformação, no caso microextrusão de quatro materiais diferentes, um aço SAE 1020, um aço inoxidável AISI 304, um alumínio AA6531 e um latão ASTM C34000. Para avaliar o efeito do tamanho da peça sobre o processo de microextrusão, dois tamanhos de corpos de prova foram utilizados, um com ∅ 4 mm e outro com ∅ 1 mm. Para cada tamanho de corpo de prova, três ângulos de extrusão foram utilizados, 30°, 45° e 60°. A primeira parte do trabalho se resume a caracterização dos materiais, com analise química e metalográfica. Após a caracterização dos materiais, as curvas de escoamento através do ensaio de compressão utilizando dois tamanhos de corpos de prova foram feitos em todos os materiais. O atrito foi determinado utilizando o ensaio de anel de atrito com três tamanhos diferentes de corpos de prova. As curvas de calibração foram feitas utilizando o software SIMUFACT. Os ensaios de extrusão foram feitos em uma máquina de ensaio universal com capacidade de captura de dados como força e deslocamento. Um modelo matemático foi utilizado para comparar a força de extrusão calculada com o medido no processo. Os resultados indicam que as curvas de escoamento de tamanho macro podem ser aplicadas a peças de tamanho meso. O atrito medido pelo ensaio de anel de atrito mostrou que os valores de atrito de tamanho micro tem um pequeno valor maior que para tamanho macro. Os valores de força de extrusão calculada e medido no ensaio para peças de tamanho meso tem boa aproximação com diferença de 3,2% para o aço inoxidável. Para peça de tamanho micro, a diferença entre o valor medido e o calculado aumenta chegando a diferença de 995% para o corpos de prova de aço comum. / This thesis presents the study about microforming, in this case microextrusion of the four different materials, an SAE 1020 steel, an AISI 304 stainless steel, an AA6531 aluminum and a C34000 brass. To evaluate the size effect about microextrusion process, two sizes of specimens were used, with a ∅ 4 mm and another with ∅ 1 mm. For each size of specimen, three extrusion angles were used, 30 °, 45 ° and 60 °. The first part of the work was to materials characterizations with chemical and metallographic analysis. Following the materials characterization, the flow stress curves was made using the compression test with two sizes of specimens. The friction was determined using the friction ring test with the three different size. Calibration curves were performed using the software SIMUFACT . The extrusion tests were performed in a universal testing machine capable of capturing such as force and displacement data. A mathematical model was used to compare the extrusion force it was calculated and the force measured in microextrusion. The results indicate that the flow stress curves of macro size can be applied to meso sizes. The ring friction test indicate that the friction values of the micro size has a small value greater than macro size. The extrusion force calculated and measured in the test to meso size has good approximation with a difference of 3.2% in the stainless steel. To pieces of the micro size, the difference between the measured and calculated force increases 995% for the samples of SAE 1020 steel.

Esta tese apresenta o estudo sobre microconformação, no caso microextrusão de quatro materiais diferentes, um aço SAE 1020, um aço inoxidável AISI 304, um alumínio AA6531 e um latão ASTM C34000. Para avaliar o efeito do tamanho da peça sobre o processo de microextrusão, dois tamanhos de corpos de prova foram utilizados, um com ∅ 4 mm e outro com ∅ 1 mm. Para cada tamanho de corpo de prova, três ângulos de extrusão foram utilizados, 30°, 45° e 60°. A primeira parte do trabalho se resume a caracterização dos materiais, com analise química e metalográfica. Após a caracterização dos materiais, as curvas de escoamento através do ensaio de compressão utilizando dois tamanhos de corpos de prova foram feitos em todos os materiais. O atrito foi determinado utilizando o ensaio de anel de atrito com três tamanhos diferentes de corpos de prova. As curvas de calibração foram feitas utilizando o software SIMUFACT. Os ensaios de extrusão foram feitos em uma máquina de ensaio universal com capacidade de captura de dados como força e deslocamento. Um modelo matemático foi utilizado para comparar a força de extrusão calculada com o medido no processo. Os resultados indicam que as curvas de escoamento de tamanho macro podem ser aplicadas a peças de tamanho meso. O atrito medido pelo ensaio de anel de atrito mostrou que os valores de atrito de tamanho micro tem um pequeno valor maior que para tamanho macro. Os valores de força de extrusão calculada e medido no ensaio para peças de tamanho meso tem boa aproximação com diferença de 3,2% para o aço inoxidável. Para peça de tamanho micro, a diferença entre o valor medido e o calculado aumenta chegando a diferença de 995% para o corpos de prova de aço comum. / This thesis presents the study about microforming, in this case microextrusion of the four different materials, an SAE 1020 steel, an AISI 304 stainless steel, an AA6531 aluminum and a C34000 brass. To evaluate the size effect about microextrusion process, two sizes of specimens were used, with a ∅ 4 mm and another with ∅ 1 mm. For each size of specimen, three extrusion angles were used, 30 °, 45 ° and 60 °. The first part of the work was to materials characterizations with chemical and metallographic analysis. Following the materials characterization, the flow stress curves was made using the compression test with two sizes of specimens. The friction was determined using the friction ring test with the three different size. Calibration curves were performed using the software SIMUFACT . The extrusion tests were performed in a universal testing machine capable of capturing such as force and displacement data. A mathematical model was used to compare the extrusion force it was calculated and the force measured in microextrusion. The results indicate that the flow stress curves of macro size can be applied to meso sizes. The ring friction test indicate that the friction values of the micro size has a small value greater than macro size. The extrusion force calculated and measured in the test to meso size has good approximation with a difference of 3.2% in the stainless steel. To pieces of the micro size, the difference between the measured and calculated force increases 995% for the samples of SAE 1020 steel.