Resumo: A madeira foi o material mais empregado em estruturas, sendo amplamente encontrada em edificações históricas. Esse material sofre constantemente com a atuação de agentes físicos, químicos e biológicos que comprometem sua durabilidade, por isso muitas vezes, as peças estruturais acabam sendo restauradas e reforçadas com materiais que apresentam alta densidade, baixa resistência às altas temperaturas, no caso de incêndios, e susceptibilidade às intempéries, tornando complexo seu trabalho de recuperação. Diante do exposto, esta pesquisa se propôs a desenvolver compósitos poliméricos reforçados por fibras naturais e vidro para uso como material de reforço nas ligações de estruturas em madeira e a estudar o comportamento destes materiais. São apresentados os estudos e as caracterizações dos materiais empregados nos compósitos, tais como, síntese das resinas, cinética química de cura, análise térmica por meio das técnicas de termogravimetria (TG) e calorimetria exploratória diferencial (DSC), difração dos raios X, resistências à tração e à flexão e análise fractográfica com o auxílio do microscópio eletrônico de varredura (MEV). Em seqüência, o trabalho apresenta o processamento e as caracterizações térmica, física e mecânica de quatro placas laminadas formadas pelas matrizes, poliuretana à base de óleo de mamona e fenólica, reforçadas com fibras de vidro e sisal. Os laminados compostos por uma camada de tecido são ensaiados em tração e flexão, TG e por difração dos raios X. As análises termogravimétricas indicaram que os laminados podem ser utilizados em ambientes, onde a temperatura local não exceda 175ºC. Os dados de tração mostraram baixos valores para as resinas poliuretana e fenólica, 2,5 MPa e 4,9 MPa, respectivamente. Porém, uma vez reforçadas com fibras de sisal e de vidro foi observado... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Wood was the material used in higher amount to structures application and nowadays is noticed in historic buildings. This material is susceptible to the physical, chemical and biological degradations, which influence the usefulness and consequently the structures should be restored using high density material with low temperature resistance characteristic, environmental suitable make complex the restore process. This work proposes processing polymeric composites and studies the behavior of those materials which will be applied as reinforcement connection into wood structures. Characterizations of base materials as cure kinetic studies, thermal analysis by thermogravimetric and differential scanning calorimetric, X-ray diffraction, tensile tests and scanning electron microcopies are conducted. It will also present the thermal, physical and mechanical characterization of four composites laminates: PU resin based on castor oil reinforced by glass and sisal fibers and phenolic reinforced by glass and sisal fibers. Composites laminates produced by one fabric layers are tested in tensile and flexural modes, by thermogravimetric and X-ray diffraction. Thermogravimetric analyses show that the laminates can be used in environments, which the place temperature does not exceed 175ºC. Tensile tests results show low values to polyurethane and phenolic resins, 2.5 MPa and 4.9 MPa, respectively. However, it was observed that the presence of fibers in the laminates show an increase of tensile strength when compared to matrixes. Tensile strength values were 17 MPa, 95 MPa, 25 MPa and 205 MPa for polyurethane/sisal, polyurethane/glass, phenolic/sisal and phenolic/glass fibers laminates, respectively. Flexural strength presents values about 0.45 MPa, 8.6 MPa, 3.7 MPa, 14 MPa, 11 MPa and 21.8 MPa for polyurethane and phenolic resins and polyurethane/sisal, polyurethane/glass, phenolic/sisal and phenolic/glass laminates, respectively. / Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Coorientador: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Coorientador: Antonio Wanderley Terni / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: José Arana Varela / Mestre

Orientador: Tarcísio José de Arruda Paes Júnior / Banca: Eduardo Shigueyuki Umera / Banca: Murilo Baena Lopes / Resumo: O propósito desta pesquisa foi avaliar o comportamento das resinas acrílicas quando reforçadas por fibras de nylon. Para tanto uma resina acrílica termoativada (RAAT) em microondas (Vipi-Wave - Vipi Dental Ltda.) e uma resina ativada quimicamente rígida para reembasamentos (Tokuso-Tokuyama) foram testadas quanto à resistência a flexão e alteração dimensional. Corpos de prova em formato de barra nas dimensões de 20x10x3 mm (n=9) foram analisados para a resistência a flexão nas seguintes situações: RAAT com ou sem fibra de nylon (modificada ou não por sílica) e, RAAT com reembasador de modo similar ao citado anteriormente. Teve-se ainda para outros grupos estabelecidos a realização de ciclagem termomecânica dos espécimes. Na observação da alteração dimensional fez-se comparação da distância entre pontos pré-determinados em dentes artificiais posicionados em próteses totais do arco maxilar (n=6) e que foram submetidos à ciclagem térmica prévia. Quanto aos tipos de testes, a resistência à flexão em três pontos foi mensurada em máquina de ensaio universal e os resultados dados em megapascal (MPa). Na análise da alteração dimensional foi feita a captura de imagens oclusais antes e após polimerização das próteses totais e ensaio para programa Image Tool e os resultados dados em milímetros. Os valores obtidos foram compilados e submetidos aos testes estatísticos ANOVA e Tukey (5%), confirmando que a adição da fibra de nylon modificada aumentou substancialmente a resistência à flexão e diminuiu a alteração dimensional da resina acrílica, independentemente dessa ser reembasada(AU) / Abstract: The aim of this study was to evaluate some properties of acrylic resins when reinforced by a nylon fiber. A microwave heat cured acrylic resin (RAAT) (Vipi-Wave) and a hard self cured acrylic resin for rebasing (Tokuso) were tested for flexural strength and dimensional stability. Specimens bar shaped 20x10x3mm (n=9) were analyzed for flexural strength in following situations: RAAT containing or not nylon fibers (modified or not by silica), and RAAT rebased with hard liner. In another groups thermal mechanical cycling of the specimens was realized. Dimensional stability was checked by analyses of predetermined points measurement on artificial teeth in upper complete dentures (n=6) and that also was submitted prior to thermocycling and the groups were established in the same conditions related previously reported. To flexural strength three points bending test was used in a universal testing machine and the results obtained in MPa. Dimensional stability measurement was made to capture occlusal images before and after polymerization of prosthesis and scanned for the Image Tool. Data analysis were compiled, distributed and comparatively evaluated by ANOVA and Tukey test (5%). Confirming the adding of the modified nylon fiber has substantially increased the flexural strength and decreased dimensional change of acrylic resin, whether this be rebased(AU) / Mestre

Orientador: Alexandre Luiz Souto Borges / Co-orientador: Anderson de Oliveira Lobo / Banca: Tarcisio José de Arruda Paes Junior / Banca: Cristiane Campos Costa Quishida / Banca: Fernanda Roberta Marciano / Banca: Eron Toshio Colauto Yamamoto / Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento de cimentos resinosos experimentais reforçados com fibras de nylon (N6) e de nylon com nanotubos de carbono de parede múltipla (N6+CNT). A hipótese testada foi de que a distribuição das fibras seria capaz de melhorar as propriedades mecânicas dos compósitos, resultando em um efetivo reforço dos cimentos resinosos. As fibras foram produzidas pela técnica da eletrofiação para caracterização e para a imersão na matriz resinosa e posterior obtenção das partículas, utilizadas em quatro diferentes frações de massa (2,5; 5,0; 10,0 e 20,0%). Também foi preparado um grupo controle, sem adição de partículas e um grupo matriz, onde as partículas sem nanofibras foram utilizadas. Foram realizados os testes de resistência à flexão, módulo de elasticidade, contração de polimerização, grau de conversão e espessura do cimento. Também foi realizada a caracterização das fibras obtidas. Os resultados mostraram que todos os grupos apresentaram espessura de cimentação aceitáveis de acordo com a norma ISO 4049. As fibras de N6+CNT apresentaram distribuição bimodal, com fibras de maior diâmetro em relação as fibras de N6. As partículas de todos os grupos mostraram-se irregulares, aglomeradas e com grande variação de tamanho, entretanto as fibras de N6 +CNT mantiveram-se mais alinhadas, o que pode ter levado aos maiores valores de resistência, de maneira que as menores concentrações (2,5 e 5,0%) parecem ser mais favoráveis. O acréscimo de partículas sem nanofibras foi capaz de aumentar a resistência dos cimentos resinosos devido a um significativo aumento do grau de conversão. Com relação aos valores do módulo de elasticidade, todos os grupos apresentaram valor de módulo estatisticamente maior, quando comparados com o grupo controle, porém não apresentaram diferenças entre si em relação ao tipo e concentração de partícula. Podemos concluir que com a... / Abstract: The aim of this study was to evaluate the behavior of experimental resin cement reinforced with nylon fibers (N6) and nylon with multiwalled carbon nanotubes (CNT + N6). The hypothesis was that the distribution of fibers would be able to improve the mechanical properties, reinforcement the resin cements. The fibers were produced by electrospinning technique for characterization and for immersion of fibers in the resin matrix and obtainment of the particles used in four different mass fractions (2.5, 5.0, 10.0 and 20.0%). It was also prepared a control group without addition of particles and the matrix group, where the particles without nanofibers were used in different concentrations to eliminate the effect of pre-polymerized matrix. Were tested the flexural strength, elastic modulus, shrinkage, degree of conversion and thickness of the cement. It also were characterized the fiber obtained. The results showed that all groups had acceptable cement thickness in accordance with ISO 4049 and that the selected parameters for the electrospinning, the fibers showed no beads. The fibers with N6 + CNT had a bimodal distribution, with the larger diameter fibers than the N6 fiber. The particles of all groups were irregular, agglomerated and with great size variation, however the fibers N6 + CNT remained more aligned, which might explain the higher values of flexural strength and the lower concentrations (2.5 and 5.0%) appear to be more favorable. The particles without fibers was able to increase the resistance of the resin cement due to a significant increase in the degree of conversion. All groups showed statistically higher elastic modulus value than the control group, but did not differ among themselves with respect to the type and particle concentration. It is possible to conclude that the use of organic fillers with nylon and carbon nanotubes improved mechanical properties of the resin cement due to a significant... / Doutor

Resumo: O desenvolvimento de novos materiais com fonte renovável, baixo custo, melhores propriedades físico-mecânicas e biodegradáveis tem se tornado o principal objetivo de muitas empresas e grupos de pesquisa. O principal objetivo deste trabalho foiestudare desenvolver materiais a partir de uma matriz de poliuretano (PU) derivada do óleo de mamona utilizando como reforço a fibra da celulose bacteriana (CB). O trabalho foi dividido em duas etapas, a primeira direcionada a escolher o melhor estado da fibra (úmida, seca ou liofilizada) e a melhor resina para a formação da matriz. Na segunda etapa, desenvolveram-se as condições de moldagem e compressão para a matriz e compósito. A formação dos compósitos na primeira etapa utilizou a fibra da CB em três estados diferentes, seca, úmida em pedaço, úmida triturada e liofilizada, e duas matrizes de resinas PU monocomponente com diferentes porcentagens de NCO livre para cada uma, na proporção de 80% de fibra CB e 20% da matriz PU. A partir dos resultados obtidos optouse por utilizar a fibra úmida e seca e a matriz para a moldagem foi desenvolvida como bicomponente, pois a monocomponente apresentou formação de bolhas devido à reação com a umidade e a presença de muito solvente. Na segunda etapa foram obtidos os compósitos com 10% de fibra seca com uma pequena porcentagem de água (7%) e 90% da matriz PU bicomponente. As condições de moldagem foram a 6 ton a 70ºC por 7h. Para a fibra úmida foi desenvolvido um processo de troca de solvente para diminuir a porcentagem de água com o objetivo de aumentar a interação com a matriz. Esse processo possibilita utilizar a fibra revestida com a resina em forma de tiras, fios ou manta como reforço na matriz PU ou em outras matrizes. A caracterização foi feita por Raio-X, Infravermelho, Termogravimetria, Calorimetria Exploratória Diferencial, Análise Dinâmico Mecânico e ensaios... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The development of new materials with renewable source, low cost, better physicsmechanical properties and biodegradable, has become the main objective of many companies and research groups. The main goal of this work was to study and to develop material from polyurethane matrix (PU) derivative from castor oil added to bacterial cellulose (BC) fiber as reinforcement. The present work was divided in two parts: first, a selection of adequate fiber (humid, dry or lyophilized) and adequate resin have been explored to prepare the matrix. In the second part, the conditions of molding and compression for the matrix and composite have been studied. The first stage of the composites were formed with different types of BC fiber, dry and humid like continuum, discontinue and lyophilized, the matrix used was PU monocomponent resin with different percentages of free NCO for each one, with the ratio 80% of BC fiber and 20% of PU matrix. From these results, it was possible to select the humid and dry fiber. The molding PU matrix was developed as bicomponent, because the monocomponent resin had several bubbles due to the high amount of solvent and reaction with humid. The second stage of the composites had 10% of dry fiber containing (7%) of water and 90% of bicomponent PU. The molding condition was 6 ton at 70ºC during 7h. To increase the interaction of the matrix and CB fiber, a process has been developed based on solvent exchange. The characterization was made by X-Ray Diffraction, Infrared, Thermogravimetry, Differential Scanning Calorimetry, Dynamic Mechanical Analysis and mechanical test of the tension and creep. The bicomponent matrix present viscoelastic properties and the reinforcement with BC enhanced some of the properties as: increases of the glass transition temperature; 5 times increment of elastic modulus, reduction of the storage module, low yield region and better behavior on creep. Therefore, these results are interesting and show that the dry. / Orientador: Younès Messaddeq / Coorientador: Wagner Luis Polito / Banca: Clóvis Augusto Ribeiro / Banca: Ana Maria de Guzzi Plépis / Mestre

Made available in DSpace on 2011-12-27T14:14:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 000433335-0.pdf: 2918834 bytes, checksum: 4496c89629b05f14a110e33d393c80e6 (MD5) license.txt: 581 bytes, checksum: 44ea52f0b7567232681c6e3d72285adc (MD5) / Article 1. The purpose of this study was to verify the influence of surface treatment with 10% and 24% hydrogen peroxide (H2O2) and acetone p. a. on the superficial microhardness in glass fiber posts in coronary, middle and apical thirds. The surface morphology of the posts treated with H2O2 and acetone p. a. , compared to the post without any surfaces treatment, was evaluated qualitatively, through scanning electron microscopy. Thirty six glass fiber post (Exacto, Ângelus, Londrina, PR, Brazil) were embedded on epoxy resin (EMBed 812, Polysciences, Inc. , Warrington, PA, USA) in cylinders of PVC (Ø = 20mm and h = 15mm) with its long axis parallel to the surface. After the resin polymerization, all specimens were abraded with sandpaper until expose the wider diameter of the post with silicon carbide sandpaper grit 400, 600, 1200, and 4000 and a felt disc in diamond suspension (1. 0 μm). The glass fiber posts were divided, randomly, into four groups (n = 9) as follows: group 1- post without surface treatment (control group), group 2 - post etched with 10% H2O2 for 1 min. , group 3 - post etched with 24% H2O2 for 1 min. and group 4 - post etched with acetone for 1min.After, all groups were tested for Vickers microhardness test in three different thirds of fiber post (coronary, middle and apical) with a load of 1 g per 5 s. Each specimen received three indentations (one on each third) in microdurometer (tester Shimadzu HMV, Shimadzu, Kyoto, Japan). The results were analyzed statistically using ANOVA with two fixed factors and Tukey's test at α = 0. 05, which showed control group a mean VHN of 1. 86 (± 0. 46), higher than group 2 (0. 72 ± 0. 18), group 3 (0. 57 ± 0. 09) and group 4 (0. 51 ± 0. 09). The control group had the highest average microhardness in the apical third superior to others interactions, which were similar among them. The images of SEM of specimen for differents groups showed the surface treatments tested alter the surface morphology, removing the epoxy matrix of fiber posts partially, exposing the glass fibers and indicating its partial erosion.Article 2. The purpose of this study was to verify the influence of surface treatment with 10% and 24% hydrogen peroxide (H2O2), 50μm aluminum oxide (Al2O3) and acetone p. a. on the superficial roughness (Ra) in glass fiber posts on coronary, middle and apical thirds. The surface morphology of the posts treated with H2O2 and acetone p. a. , compared to the post without any surfaces treatment, was evaluated qualitatively, through scanning electron microscopy (SEM). Fourty five glass fiber post (Exacto, Ângelus, Londrina, PR, Brazil) were embedded on epoxy resin (EMBed 812, Polysciences, Inc. , Warrington, PA, USA) in cylinders of PVC (Ø= 20 mm e h= 15mm), with its long axis parallel to the surface. After the resin polymerization, all specimen were abraded with sandpaper until expose the wider diameter of the post silicon carbide sandpaper grit 400, 600, 1200, and 4000 and felt disc in diamond suspension (1. 0 μm). Subsequently, the glass fiber posts were divided, randomly, into five groups (n= 9) as follows: group 1- post without surface treatment (control group), group 2 - post etched with 10% H2O2 for 1 min. , group 3 - post etched with 24% H2O2 for 1 min. , group 4 - post etched with Al2O3 (50μm) and group 5 – post etched with acetone p. a. for 1min. The surface of all specimens was evaluated in rugosimeter SJ–201 (Mitutoyo surftest analyser, Kanagawa, Japan), from three readings in each of one the three regions post (coronary, middle and apical thirds). The results were analyzed statistically using ANOVA test with two fixed factors and Tukey's test at α = 0. 05, by the SPSS computer program, which showed that group 5 presented an average of superficial roughness (Ra, SD) 0. 59 (± 0. 05), higher than control group (0. 15 ± 0. 05), group 2 (0. 18 ± 0. 05), group 3 (0. 20 ± 0. 03) and group 5 (0. 26 ± 0. 04).There was not difference in superficial roughness among the coronary, middle and apical regions of the fiber posts. The images of SEM of specimens for differents groups showed the surface treatments tested, alter the surface morphology, removing the epoxy matrix of fiber posts partially, exposing the glass fibers and indicating its partial corrosion. / Artigo 1: O objetivo deste estudo foi verificar a influência do tratamento de superfície com peróxido de hidrogênio (H2O2) a 10% e 24% e acetona p. a. sobre a microdureza superficial de pinos de fibra de vidro nos terços cervical, médio e apical. A morfologia de superfície dos pinos tratados com (H2O2) e acetona p. a. , comparativamente ao pino sem nenhum tratamento de superfície foi avaliada qualitativamente, através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Trinta e seis pinos de fibra de vidro (Exacto, Ângelus, Londrina, PR, Brasil) foram embutidos em resina epóxi (EMBed 812, Polysciences, Inc. , Warrington, PA, USA) em cilindros de PVC (Ø = 20mm e h = 15mm), com seu longo eixo paralelo à superfície; após a polimerização da resina, foram submetidos ao lixamento até expor o diâmetro maior do pino (lixas de carbeto de silício 400, 600, 1200, e 4000 e disco de feltro em suspensão diamantada 1,0 μm). A seguir foram divididos, aleatoriamente, em quatro grupos (n= 9): grupo 1 - pinos sem tratamento de superfície (grupo controle); grupo 2 – pinos condicionados com H2O2 à 10 % por 1 minuto; grupo 3 - pinos condicionados com H2O2 à 24% por 1 minuto; grupo 4 - pinos condicionados com acetona p. a. por 1 minuto. Em seguida, todos os grupos foram submetidos ao teste de microdrureza Vickers em três diferentes terços do pino (coronário, médio e apical) com carga de 1g por 5s. Cada corpo-de-prova recebeu três indentações (uma em cada terço) no microdurômetro (Shimadzu HMV tester, Shimadzu, Kioto, Japan). Os resultados foram analisados estatisticamente utilizando o teste ANOVA com dois fatores fixos e Tukey com α = 0. 05, que indicou que o grupo controle apresentou média de VHN de 1. 86 (± 0. 46), superior ao grupo 2 (0. 72 ± 0. 18), grupo 3 (0. 57 ± 0. 09) e ao grupo 4 (0. 51 ± 0. 09).O grupo controle apresentou a maior média para microdureza no terço apical superior às demais interações, que foram semelhantes entre si. As imagens da MEV de corpos-de-prova dos diferentes grupos demonstraram que os tratamentos de superfície ensaiados alteram a morfologia da superfície, removendo parcialmente a resina epóxi dos pinos, expondo as fibras de vidro e indicando sua erosão/desgaste parcial.Artigo 2: O objetivo deste estudo foi verificar a influência do tratamento de superfície com peróxido de hidrogênio (H2O2) a 10%, peróxido de hidrogênio(H2O2) a 24%, óxido de alumínio (Al2O3) a 50μm e acetona p. a. sobre a rugosidade (Ra) superficial de pinos de fibra de vidro nos terços coronários, médio e apical. A morfologia de superfície dos pinos tratados com peróxido de hidrogênio e acetona p. a. , comparativamente ao pino sem nenhum tratamento de superfície foi avaliada qualitativamente, através de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Quarenta e cinco pinos de fibra de vidro (Exacto, Ângelus, Londrina, PR, Brasil) foram embutidos em resina epóxi (EMBed 812, Polysciences, Inc. , Warrington, PA, USA) em cilindros de PVC (Ø= 20 mm e h=15mm), com seu longo eixo paralelo à superfície; após a polimerização da resina, foram submetidos ao lixamento até expor o diâmetro maior do pino (lixas de carbeto de silício 400, 600, 1200 e 4000 e disco de feltro em suspensão diamantada 1. 0 μm). A seguir foram divididos, aleatoriamente, em cinco grupos (n= 9): grupo1 - pinos sem tratamento de superfície (grupo controle); grupo 2 – pinos condicionados com H2O2 à 10 % por 1 minuto; grupo 3 - pinos condicionados com H2O2 a 24% por 1 minuto; grupo 4 – pinos condicionados com Al2O3 (50μm) e grupo 5 - pinos condicionados com acetona p. a. por 1minuto. Em seguida, a superfície de todos os corpo-de-prova foi analisada no rugosímetro SJ–201 (Mitutoyo surftest analyser, Kanagawa, Japan), a partir de três leituras em cada uma das três regiões do pino (terços coronário, médio e apical).Os resultados foram analisados estatisticamente utilizando o teste ANOVA com dois fatores fixos e Tukey com α=0. 05 através de um programa de computador SPSS, indicou que o grupo 5 apresentou média de rugosidade superficial (Ra, DP) 0. 59 (± 0. 05), superior ao grupo controle (0. 15 ± 0. 05), grupo 2 (0. 18 ± 0. 05) e grupo 3 (0. 20 ± 0. 03) e grupo 5 (0. 26 ± 0. 04). Não foi detectada diferença de rugosidade superficial entre as regiões apical, média e cervical dos pinos de fibra de vidro. As imagens de MEV dos corpos-de-prova dos diferentes grupos demonstraram que os tratamentos de superfície ensaiados alteram a morfologia da superfície, removendo parcialmente a resina epóxi dos pinos, expondo as fibras de vidro e indicando alteração estrutural parcial.

Os hidróxidos duplos lamelares (HDLs) são materiais que podem ser utilizados para modificar ou incorporar características a polímeros termoplásticos ou termorrígidos. O presente trabalho tem como objetivo a síntese e caracterização de HDLs de Mg-Al intercalados com os íons glicinato, alaninato e dodecil sulfato e a sua utilização na formulação de nanocompósitos bicomponente HDL/epóxi, com diferentes teores de HDL, produzidos por casting e de compósitos tricomponente HDL/epóxi/fibra de vidro moldados por RTM. Os HDLs foram sintetizados pelo método da coprecipitação e incorporados a epóxi com o auxílio de solventes e de ultrassom. Para tal, foram avaliados os solventes acetona, clorofórmio e DMF, sendo o DMF selecionado como o melhor agente de dispersão. Os compósitos e nanocompósitos obtidos foram caracterizados quanto à dispersão dos HDL na matriz, às suas propriedades de resistência à chama (teste horizontal e vertical), à estabilidade térmica, às propriedades mecânicas e dinâmico-mecânicas. A incorporação dos HDLs provocou um incremento na estabilidade térmica dos compósitos e todas as amostras com esta carga apresentaram comportamento autoextinguível no teste de queima vertical, além de apresentarem uma grande diminuição na taxa de queima em comparação ao epóxi puro. A utilização dos HDL não possibilitou melhora nas propriedades mecânicas e dinâmico-mecânicas dos compósitos, que só foi obtida com a utilização do reforço de fibra de vidro. / Layered double hydroxides (LDHs) can be used to modify or incorporate characteristics into a variety of thermoplastic or thermoset polymers. The present work aims to synthesize and characterize Mg:Al LDHs intercalated with glycinate, alaninate and dodecyl sulfate and to use them in the formulation of bi-component LDH/epoxy nanocomposites, with distinct LDH content, obtained by casting, and tricomponent LDH/epoxy/glass fiber composites molded by RTM. The LDH was synthesized, using the coprecipitation method, and incorporated into epoxy with the aid of solvents and ultrasonication. For that, acetone, chloroform and DMF solvents were evaluated, and DMF yielded the best performance as dispersing agent. The obtained composites and nanocomposites were evaluated regarding the quality of the LDH dispersion in the matrix, their flame resistance characteristics (horizontal and vertical testing), thermal stability, mechanical and dynamic-mechanical properties. The incorporation of LDH caused an increase in thermal stability of the composites and all samples containing LDH showed self-extinguishing behavior in the vertical burning test, and a large decrease in the burning rate was found compared to neat epoxy. The use of LDH did not significantly alter the mechanical and dynamic-mechanical properties of the composites, which was only achieved by using a glass fiber reinforcement.

O presente estudo investigou a síntese de fibras cerâmicas piezoelétricas de Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) de estrutura perovskita,utilizando a técnica de electrospinning e a relação dos parâmetros fluxo e tensão aplicada com as características apresentadas pelas fibras após o tratamento térmico. Cerâmicas PZT estão presentes em muitas aplicações tecnológicas por apresentarem excelentes propriedades ferroelétricas, piroelétricas e piezoelétricas. Para a obtenção das fibras por electrospinning, foram utilizados como precursores compostos organometálicos como acetato de chumbo trihidratado, propóxido de zircônio (IV) e Isopropóxido de titânio (IV), que foram diluídos em álcool isopropílico e álcool etílico anidro. Como veículo para a formação das fibras, foi empregado o polímero polivinilpirrolidona (PVP). Para o ajuste do pH, foi utilizado ácido acético glacial. As fibras foram tratadas termicamente a 700°C, com patamar de 1 hora e taxa de aquecimento de 10°C/min. As fibras obtidas foram caracterizadas pelas técnicas de termogravimetria, difração de raios X, espectroscopia Raman, cálculo da área superficial específica através do modelo BET, espectroscopia de energia dispersiva de raios X e microscopia eletrônica de varredura. As fibras também tiveram a sua resposta piezoelétrica direta comprovada de uma forma simplificada. O teste do efeito direto piezoelétrico foi feito em um conjunto de fibras aleatoriamente orientadas. Após tratamento térmico, as fibras apresentaram diâmetro entre 200 e 500 nm e uma estrutura cristalina constituída apenas pela fase perovskita típica do PZT para todas as amostras produzidas. A área de superfície específica variou entre 2,8 m2/g e 4,2 m2/g. Com o aumento do fluxo de material, a área superficial específica diminuiu e com o aumento da tensão aplicada esta área aumentou. O teste da resposta piezoelétrica direta mostrou que as fibras obtidas após o tratamento térmico e após a polarização apresentavam o fenômeno de piezoeletricidade quando carregadas e eram capazes de alcançar valores de tensão de 50 mV para um carregamento de 300g em uma célula montada de forma simples com uma área de 5x5mm2 coberta pelas fibras de PZT. / This study investigated the synthesis of piezoelectric ceramic fibers of Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) with perovskite structure, using the technique of electrospinning, and the relation of flow and applied voltage parameters to the characteristics presented by the fibers after heat treatment. PZT ceramics are present in many technological applications due to their excellent ferroelectric, piezoelectric and pyroelectric properties. In order to obtain the fibers by electrospinning, were used as precursor metallo-organic compounds such as lead acetate trihydrate, zirconium (IV) propoxide, titanium (IV) isopropoxide, which were diluted in isopropyl alcohol and anhydrous ethyl alcohol. Polymer polyvinylpyrrolidone (PVP) was used as a vehicle for fiber formation and glacial acetic acid for pH adjustment, as well. The fibers were thermally treated at 700 °C, with a level of 1 hour and a heating rate of10°C/min. The fibers were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, specific surface area by BET model, energy-dispersive X-ray spectroscopy and scanning electron microscopy. The fibers also had their piezoelectric response directly proven in a simplified manner. The direct piezoelectric effect test was made on a set of randomly oriented fibers. After heat treatment, the fibers presented diameter between 200 and 500 nm and a crystalline structure consisting of only the perovskite phase PZT typical of for all samples produced. The specific surface area varied between 2.8 m2/g e 4.2 m2/g. With the increase in the flow of material, the specific surface area decreased and with the increase this area of the applied voltage increased. The direct piezoelectric response test showed that the fiber obtained after the heat treatment and after the polarization presented the phenomenon of piezoelectricity when loaded and ware capable to achieve voltages of 50 mV for a load of 300g, in a cell assembled in a simplified way, with an area of 5x5mm2 covered by the PZT fibers.

Este trabalho investigou a obtenção de microfibras de titanato de bário e estrôncio (BST) pela técnica de electrospinning e sua caracterização microestrutural. Foram utilizados como precursores o acetato de bário, o acetato de estrôncio e o propóxido de titânio, utilizando uma solução de polivinilpirrolidona (PVP) como veículo orgânico. A adição do íon estrôncio no BST altera a estrutura cristalina do material e consequentemente suas propriedades. Foram investigadas soluções com quatro formulações de Ba(1-x)Sr(x)TiO3, sendo: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) e x = 0,30 (BST30). As fibras obtidas foram submetidas a análises termogravimétricas para definição da temperatura de tratamento térmico. Em dois patamares distintos o tratamento térmico foi realizado, primeiramente a 350 °C por 30 min e, posteriormente, a 500, 600, 700 ou 800 ºC por 60 min. As fibras sem tratamento térmico (STT) e as tratadas termicamente foram caracterizadas morfologicamente por microscopia eletrônica de varredura. As fases cristalinas foram analisadas por difração de raios X e os tamanhos de cristalito foram determinados através da equação de Scherrer. A área superficial específica foi determinada por adsorção de N2 e avaliou-se a presença de compostos orgânicos através de espectroscopia na região do infravermelho. A adição de estrôncio reduziu o diâmetro médio das fibras de ~1000 nm (BT) à ~300 nm (BST30), aumentou o tamanho de cristalito de ~13 nm (BT) à ~25 nm (BST30). Devido a redução do diâmetro médio da fibra, houve um aumento da área superficial de ~8 m2g-1 para ~100 m2g-1. A fase perovskita com sistema cristalino tetragonal foi observada para todas as amostras tratadas a 800 ºC. Para avaliar a aplicação dos materiais em eletrodos de supercapacitores a caracterização eletroquímica foi realizada pelas técnicas de curva galvanostática de carga-descarga e voltametria cíclica. Para tanto, fibras de BST10 foram utilizadas em conjunto com carvão ativado para níveis de comparação. Em relação ao carvão ativado a adição das fibras acarretou efeito negativo na capacidade elétrica e propiciou a decomposição do eletrólito na voltametria. Trabalhos futuros podem investigar mais profundamente os efeitos das fibras de BST utilizadas em eletrodos de supercapacitores. / This work investigated the obtaining of barium titanate and strontium (BST) microfibers by electrospinning technique and its microstructural characterization. Barium acetate, strontium acetate and titanium propoxide were used as precursors using a solution of polyvinylpyrrolidone (PVP) as the organic carrier. The addition of the strontium ion in BST alters the crystalline structure of the material and consequently its properties. We investigated solutions with four formulations of Ba(1-x)Sr(x)TiO3, being: x = 0,00 (BT); x = 0,10 (BST10); x = 0,20 (BST20) and x = 0,30 (BST30). The obtained fibers were submitted to thermogravimetric analysis to define the thermal treatment temperature. At two distinct levels the heat treatment was carried out, first at 350 °C for 30 min and then at 500, 600, 700 or 800 °C for 60 min. The fibers without heat treatment (STT) and those treated thermally were characterized morphologically by scanning electron microscopy. The crystalline phases were analyzed by X-ray diffraction and the crystallite sizes were determined by the Scherrer equation. The specific surface area was determined by adsorption of N2 and evaluated the presence of organic compounds by spectroscopy in the infrared region. The addition of strontium reduced the mean fiber diameter from ~1000 nm (BT) to ~300 nm (BST30), increased crystallite size from ~13 nm (BT) to ~25 nm (BST30). Due to the reduction of the mean diameter of the fiber, there was an increase of the surface area from ~8 m2g-1 to ~100 m2g-1. The perovskite phase with tetragonal crystalline system was observed for all samples treated at 800 °C. In order to evaluate the application of the materials in supercapacitor electrodes the electrochemical characterization was performed by the galvanostatic curve of discharge load and cyclic voltammetry. For this purpose, BST10 fibers were used in conjunction with activated carbon for comparison levels. In relation to activated carbon, the addition of the fibers had a negative effect on the electric capacity and allowed the electrolyte decomposition in the voltammetry. Future work may further investigate the effects of BST fibers used on supercapacitor electrodes.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar a degradação térmica e a cinética de decomposição de diferentes fibras vegetais. Os modelos de Kissinger, Friedman e Flynn- Wall-Ozawa foram utilizados para determinação dos parâmetros de Arrhenius. Os mecanismos de degradação no estado sólido foram determinados utilizando o método de Criado. Os resultados indicaram que as energias de ativação aparentes podem estar mais relacionadas com a dependência exponencial da taxa de reações heterogêneas do que com a energia necessária para romper ligações, o qual é mais comumente utilizado. O fator de frequência se mostrou independente da taxa de aquecimento utilizada. As curvas de Criado indicaram dois diferentes mecanismos de degradação para todas as fibras: difusão e nucleação randômica. Ainda, algumas técnicas analíticas (XRD e FTIR) foram utilizadas visando corroborar os resultados obtidos. O teor de cristalinidade como calculado por XRD e por FTIR demonstraram não possuir uma correlação com a estabilidade térmica. Ainda, o comportamento térmico e o mecanismo de degradação não mostraram ser influenciados pelos componentes lignocelulósicos das fibras, com exceção do buriti e do sisal. Por fim, as fibras exibiram um efeito de compensação, i.e. maiores valores de energia de ativação levaram a maiores fatores de frequência. Por fim, uma das fibras estudadas (de sisal) foi utilizada em um compósito a fim de avaliar seu desempenho dinâmico-mecânico. Os compósitos mostraram uma queda de propriedade em função da temperatura, que foi menos acentuada para compósitos com maior teor de fibra. As curvas de tan delta se mostraram menores para compósitos com maiores teores de fibra, o que pode ser indicativo de menor dissipação de energia devido a uma maior área de interface polímero/fibra. / This study has the aim of evaluating thermal degradation and the decomposition kinetics of different vegetal fibers. Kissinger, Friedman and Flynn-Wall-Ozawa models were used to determine the Arrhenius parameters. The degradation mechanisms in solid state were determined using Criado method. The results indicate that the apparent activation energies can be more associated with the exponential dependence of the heterogeneous reaction rate than with the energy necessary to break bonds, which is more commonly used. The frequency factors showed to be independent of the heating rate used. Criado curves indicated two different degradation mechanisms for all fibers: diffusion and random nucleation. Also, some analytic techniques (XRD and FTIR) were used aiming to corroborate the results obtained. The crystallinity content as calculated by XR and by FTIR showed no correlation with the thermal stability. Moreover, the thermal behavior and the degradation mechanism were not influenced by the lignocellulosic components of the fibers, i.e. higher activation energy values lead to higher frequency factors. One of the studied fibers (sisal) was used in a polymeric composite aiming to evaluate its dynamic mechanical behavior. The composites showed a decrease in properties as a function of the temperature, which was less accentuated for composites containing higher fiber content. Tan delta curves were lower for composites containing higher fiber content, which can be indicative of lower energy dissipation due to a greater area of polymer/fiber interface.

Células a combustível de membrana trocadora de prótons (PEMFC) são dispositivos promissores para a conversão de energia em aplicações portáteis e estacionárias. Seu desempenho é fortemente influenciado pelas características da sua camada de difusão de gás (GDL), tais como morfologia, condutividade elétrica, porosidade, estabilidade química e resistência mecânica. A GDL também deve mostrar um equilíbrio entre hidrofobicidade e hidrofilicidade para garantir que o sistema operacional da célula funcione sem obstrução das vias de fluxo de gases, mas ainda mantendo uma umidade adequada. Neste trabalho, um processo simples foi desenvolvido para produzir GDL para PEMFC, visando obter um material alternativo aos já existentes no mercado como o tecido e o papel de carbono reduzindo o custo do produto final. As GDLs foram produzidas com fibras de carbono curtas dispersas em resina poliuretana (PU), seguida de prensagem a quente. Após o processo de tratamento térmico, as GDL foram tratadas, em uma suspensão contendo nanopartículas de carbono dispersas na solução de PTFE, através do processo de dip-coating. Estudou-se a influência da razão PU: fibra de carbono, e o teor de nanopartículas de carbono Vulcan adicionado à resina PU. As GDL obtidas foram caracterizadas quanto à morfologia, condutividade elétrica, análise térmica, ângulo de contato e ensaio de tração. Os resultados mostraram que a melhor proporção de resina PU:fibra de carbono foi de 1:1, que apresentou uma menor resistividade (2,68 × 10-5 Ω.m). Nas GDLs pós-tratadas com PTFE contendo diferentes teores de nanopartículas de carbono VULCAN, o melhor resultado obtido foram das amostras do sistema de proporção PU:fibra de carbono com 0,20 g de nanopartículas de carbono Vulcan na solução de PTFE (PU1:1_0,20). Esse sistema apresentou bons resultados quanto à hidrofobicidade, apresentando ângulo de contato (105°-126°) e de resistividade (da ordem de 10-5 Ω.m). Além disso, as GDLs obtidas com adição de carbono Vulcan na resina PU (1:1) obtiveram ótimos resultados de ângulo de contato (129°-138°) e resistividade (da ordem de 10-3-10-5 Ω.m), porém com baixa resistência mecânica e em todos os sistemas estudados pode-se verificar uma boa dispersão da fibras na resina PU através da análise por MEV. Os resultados em geral indicam que o material obtido tem potencial aplicação em células do tipo PEMFC. / Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are promising devices for energy conversion for portable and stationary applications. Their performance is strongly influenced by the characteristics of their gas diffusion layer (GDL) such as morphology, electrical conductivity, porosity, chemical stability and mechanical strength. The GDL must also show a balance between hydrophobicity and hydrophilicity to ensure that the fuel cell system operates without obstruction of gas flow but maintaining adequate moisture content. In this work, a simple process was developed to produce GDL for PEMFC, seeking to obtain an alternative material whilst helping reducing the overall cost. The GDLs were produced by dispersing short carbon fibers in a polyurethane (PU) resin, followed by hot pressing/curing and dip-coating in a suspension of carbon nanoparticles in PTFE solution. After the curing process, the GDL’s were treated in a suspension containing carbon nanoparticles in a solution of PTFE, used for dip-coating process. The influence of PU/carbon fiber ratio and the content of Vulcan carbon powder added to the PU resin were studied. The influence of the content of Vulcan carbon powder added to the PTFE solution for the GDL’s post-treatment was also addressed. The GDL’s obtained were characterized regarding morphological (by SEM), electrical conductivity, thermal analysis, contact angle and tensile test. The following parameters were studied: the PU amount in the carbon fiber, and the content of Vulcan carbon powder in the PTFE solution and in the PU resin, focusing on the final homogeneity and electrical conductivity of the system. The results showed that the most suitable PU resin:carbon fiber ratio was 1:1, which showed the lowest resistivity (2.68 × 10-5 Ω.m). When this sample was post-treated with PTFE using different amounts of Vulcan carbon powder and immersion times, the best result was obtained for the sample with 0.20 g of carbon Vulcan nanoparticles in the solution of PTFE (PU1:1_0,20). This system showed good hydrophobicity results, contact angle (105°-126°), and resistivity in the order of 10-5 Ω.m. Besides, the GDL obtained by adding carbon Vulcan in the PU resin (1:1) showed excellent results for contact angle (129°-138°) and resistivity (~10-4 Ω.m), even though the mechanical strength was low and all the studied systems showed good fiber dispersion in PU resin as verified by SEM analysis. In general, the results indicate that the obtained material has potential use in PEMFC.