Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T21:32:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304241.pdf: 2330165 bytes, checksum: bbdac72555fd5064b34442d6b96fb169 (MD5) / As indústrias do petróleo e derivados, e químicas em geral têm mostrado interesse crescente na aplicação de revestimentos e componentes construídos de materiais compósitos, principalmente por sua imunidade à corrosão. Sua aplicação, feita em campo, muitas vezes em condições não ideais, pode apresentar alguns defeitos, que devem ser detectados e corrigidos. A shearografia é uma técnica óptica interferométrica capaz de detectar estes defeitos em materiais compósitos quando sobre estes é aplicado um carregamento, normalmente térmico. Apresenta bons resultados quantitativos. A quantificação das dimensões, profundidades e severidade de defeitos não é fácil. Depende de experiência e julgamento do inspetor. O presente trabalho contribui desenvolvendo e avaliando um caminho não subjetivo para extrair informações quantitativas dos defeitos. Foi desenvolvido um procedimento usando shearografia com excitação térmica e um software especialmente desenvolvido para quantificar as dimensões laterais e profundidades de defeitos presentes em materiais compósitos. Uma base de dados foi formada com defeitos de forma geométrica quadrada artificialmente produzidos e inseridos em diferentes profundidades de corpos de prova. Para avaliar os resultados, defeitos quadrados foram quantificados em um corpo de prova independente, levando a resultados promissores para defeitos próximos à superfície. As limitações, potencialidades e próximos passos do caminho desenvolvido são discutidos no trabalho. / The oil and gas and chemicals industries have shown increasing interest in applying coatings and components made of composite materials, mainly due to its immunity to corrosion. Its application on the field, often in non-ideal conditions, can present some defects, which must be detected and corrected. Shearography is an optical interferometric technique capable of detecting defects composite in response to an external loading, usually produced by heating. It provides quite good qualitative results. By the other hand, extracting quantitative features, like dimensions, depth and severity of defects, is not easy. It depends on experience and judgment of the inspector. The present work developed and evaluates a non-subjective procedure using shearography to extract quantitative information about the defects. The procedure involves thermal excitation, specially developed software and an algorithm to estimate dimension and depths of defects present in composite materials. As a first step, a database was formed with data extracted from square-shaped defects artificially produced and placed at different depths of a set of specimens. To evaluate the results, square defects were quantified in an independent specimen, leading to promising results for quantitative evaluation of defects near the surface. Limitations, potential and the next steps are also discussed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-12-05T21:45:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 264169.pdf: 2962917 bytes, checksum: 11b9e33b66cf6ff96ccedf96384967a1 (MD5) Previous issue date: 2008 / Os materiais compósitos vêm a cada dia ganhando mais espaço dentro das indústrias, principalmente na aeronáutica e automobilística. O aumento da utilização destes materiais está diretamente relacionado à melhoria de algumas propriedades (mecânicas, térmicas e elétricas), bem como a redução de peso e de custo. Além do mais, estes materiais possibilitam a fabricação de moldes de injeção de plásticos de maneira rápida e com custos reduzidos. No âmbito da obtenção de moldes de injeção de maneira rápida, é muito importante o conhecimento da usinabilidade do material compósito a ser utilizado, pois na maioria dos casos este material necessitará de algum processo de usinagem após o seu vazamento. Para que o material possa ser utilizado comercialmente é necessário observar como ele se comporta submetido a diferentes condições de usinagem. Também é necessário ter-se o conhecimento da qualidade da superfície do material após a usinagem para verificar se é adequado o seu uso como molde de injeção, visto que em alguns casos os moldes necessitam de uma reduzida rugosidade da superfície. Dentro deste contexto, esta dissertação propõe um estudo sobre a influência das condições de usinagem de um compósito de matriz polimérica (resina epóxi) com cargas metálicas (ferro), a fim de avaliar a possibilidade de construção de moldes de injeção com este tipo de material. Nos ensaios foi utilizada uma profundidade de corte constante, tendo como variáveis o avanço, a velocidade de corte e a quantidade de carga metálica no compósito. A ferramenta de corte utilizada nos experimentos foi metal-duro sem revestimento. Para a realização dos ensaios de usinagem (processo de torneamento), foram utilizados três valores diferentes de velocidade de corte e quatro de avanço, além de quatro variações de materiais da peça, com o intuito de identificar qual combinação destes parâmetros de usinagem e materiais fornecem os melhores resultados, do ponto de vista de rugosidade da superfície da peça e vida da ferramenta. Para isso, durante a realização dos ensaios, foram monitoradas as marcas de desgaste das ferramentas de corte, a temperatura das peças, bem como a qualidade da superfície das mesmas. Com os experimentos pode-se verificar que a usinagem do compósito é viável, pois a temperatura de transição vítrea da resina não foi atingida, além de não terem sido encontradas marcas de desgaste nas ferramentas de corte.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-11T04:03:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342186.pdf: 10392257 bytes, checksum: 8c1c5b44f4e3bee87886782ff84656eb (MD5) Previous issue date: 2016 / Esta tese visou o desenvolvimento de um material autolubrificante volumétrico de matriz ferrosa contendo MoS2 como elemento lubrificante majoritário. Estudos demonstram a dificuldade em se produzir este tipo de compósito, devido a reação do MoS2 com a matriz ferrosa durante a sinterização. Desta forma, a pesquisa desenvolvida nesta tese buscou soluções para evitar ou reduzir esta reação, avaliando a influência de parâmetros da matéria-prima da matriz e da fase lubrificante (tamanho de partícula, adição de outros elementos e teor de lubrificantes), bem como parâmetros de processamento (taxa de aquecimento, temperatura, formação de fase líquida, tempo de patamar e atmosfera de sinterização). Os resultados mostraram que a temperatura influiu de forma preponderante na reação, mas não a taxa de aquecimento e que o uso de um pó de Fe de menor tamanho de partícula acelera-a; o melhor desempenho está associado ao MoS2 de maior tamanho de partícula (d50=32µm) e 9% em volume é o teor limite; a adição de grafite ou h-BN retarda a reação, porém apenas compósitos com MoS2+grafite apresentaram coeficiente de atrito abaixo de 0,2 associado a um baixo desgaste. A adição de elementos de liga modificou a forma como o MoS2 reagiu com a matriz ferrosa e o desempenho tribológico do compósito, sendo que alguns apresentaram resultados similares ao Fe puro (Ni misturado e P pré-misturado), outros possuem caráter deletério (Cr e Mo misturados e Mo pré-ligado) e alguns apresentaram caráter benéfico (C e P misturados e Cr pré-ligado). É viável sinterização de amostras em temperaturas entre 800 e 850 °C, porém as abordagens visando a intensificação da densificação e propriedades mecânicas não foram bem sucedidas. Através da definição e controle da matéria prima inicial (nomeadamente tamanho de partícula da matriz e do MoS2), composição do compósito e parâmetros de processamento (temperatura, tempo e atmosfera de sinterização) foi possível a produção de materiais autolubrificantes de matriz ferrosa contendo MoS2 como elemento lubrificante majoritário que apresentam baixo coeficiente de atrito a seco (0,06-0,08) associado a uma baixa taxa de desgaste (2,0-3,5 x 10-6 mm³.N-1.m-1).<br> / Abstract : This thesis aimed the development of a self-lubricating composite containing MoS2 dispersed in an iron matrix produced by powder metallurgy. Previous studies demonstrate that MoS2 reacts with iron matrices during sintering, making the production of Fe-MoS2 composites rather difficult. Therefore the research developed within this thesis focused on the possible solutions to avoid or reduce this reaction, evaluating the influence of raw material (particle size, amount and type of lubricants) and processing (heating rate, temperature, dwell time, liquid phase formation and atmosphere) parameters. The results have shown that temperature has a major influence on the reaction, but not the heating rate; the use of a small Fe particle size accelerates the reaction; better performance was achieved by using the d50=32µm MoS2 and 9% in volume is the limit amount; the addition of graphite or h-BN slows the reaction, but only MoS2+graphite composites presents friction coefficient below 0,2 associated with low wear rate. The addition of alloying elements modified how MoS2 interacts with the iron matrix and the composite friction coefficient, some of which had a beneficial effect (admixed C and P, and pre-alloyed Cr alloy), while others (admixed Cr and Mo, and pre-alloyed Mo alloy) are harmful. It is possible to produce iron samples by low temperature sintering (800-850 °C), however the approaches to improve densification and mechanical properties were not successful. By means of defining and adequate control of the raw material (namely particle size of matrix and lubricants), composition and processing parameters (sintering temperature, time and atmosphere) it was possible to produce self-lubricating iron based composites containing MoS2, which presented low dry friction coefficient (0,06-0,08) and low wear rate (2,0-3,5 x 10-6 mm³.N-1.m-1).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2012-10-19T12:13:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:01:57Z : No. of bitstreams: 1 189682.pdf: 24671551 bytes, checksum: 7ade70ce3d377c42e4283e400e6f8f46 (MD5) / A utilização de fibras na construção civil vem crescendo a cada ano. Uma das fibras mais utilizadas são as poliméricas devido às suas propriedades e seu baixo custo. O presente trabalho analisou a influência da adição de fibras de polipropileno em algumas das propriedades das argamassas. Utilizou-se uma argamassa de cimento (1:3 em volume) e duas argamassas de cimento-cal (1:0,5:4,5 e 1:2:9 em volume), com três diferentes teores de fibras (0,05%, 0,15% e 0,30%), além de argamassas de referência (sem fibra) como parâmetro comparativo. Os resultados encontrados mostram que as fibras proporcionam um aumento no índice de consistência e uma melhor coesão das argamassas. Elevam a retenção de água dos compósitos que não possuem cal na sua composição. Contribuem com a melhoria da estabilidade dimensional. Nas propriedades mecânicas (compressão e tração) influenciam de maneira favorável na forma de ruptura. Não apresentam influência na absorção de água por imersão, índice de vazios, massas específicas e absorção de água por capilaridade.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-15Bitstream added on 2014-06-13T20:24:13Z : No. of bitstreams: 1 mazur_rl_dr_guara.pdf: 5349444 bytes, checksum: 5546ed3e05f9b04e6ef0e88215a4b018 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os compósitos poliméricos avançados têm sido utilizados como materiais estruturais de elevado desempenho em aplicações aeroespaciais nos últimos 40 anos. No entanto, esses materiais podem apresentar problemas quando expostos à umidade, temperatura, radiação ultravioleta e variação térmica, podendo ocorrer sinergia entre os principais mecanismos de degradação. Entre os compósitos termoplásticos, o laminado processado a partir de fibras de carbono/PEKK (poli(éter-cetona-cetona)) mostra excelente balanço de propriedades, incluindo elevada temperatura de transição vítrea, elevados valores de resistência, rigidez e tenacidade à fratura, baixa absorção de umidade e boa resistência ambiental. O objetivo do presente trabalho é avaliar a influência dos parâmetros de processamento na obtenção do compósito de fibra de carbono/PEKK, via moldagem por compressão a quente, assim como, estudar a influência de diferentes condicionamentos ambientais, como efeito higrotérmico, radiação ultravioleta (UV) e ciclagem térmica nos comportamentos viscoelástico e mecânico do compósito. Neste trabalho, os efeitos da degradação ambiental sobre as propriedades mecânicas e viscoelásticas foram avaliadas por meio de ensaios de compressão, de cisalhamento interlaminar, DMA e vibração livre. O processamento dos compósitos por moldagem por compressão a quente mostrou-se adequado necessitando, porém, da otimização de alguns parâmetros. As análises viscoelásticas das amostras submetidas ao condicionamento por radiação UV mostram que as temperaturas de transição vítrea das amostras não condicionadas e condicionadas encontram-se relativamente próximas (~157°C a 162°C), mas o módulo de armazenamento apresenta uma acentuada degradação, evidenciando o efeito deletério da radiação UV na rigidez do compósito estudado / Advanced polymeric composites have been introduced as structural materials for high performance aerospace applications over the last 40 years. However, these materials can present problems when exposed to moisture, temperature, ultraviolet (UV) radiation and thermal cycling, besides it may occur the synergy among the main degradation mechanisms. Among the thermoplastic composite materials, carbon fiber reinforced PEKK (poly(etherketone- ketone)) laminates have shown excellent balance of properties, including high glass transition temperature, high strength, stiffness and fracture toughness values, low moisture absorption and good environmental resistance. The aim of the present work is to evaluate the influence of the processing parameters on the carbon fiber/PEKK composites manufacturing, by hot compression molding, and also the influence of different environmental conditionings as hygrothermal, ultraviolet (UV) radiation and thermal cycling effects on viscoelastic and mechanical behaviors. In this work, the effects of environmental degradation on mechanical and viscoelastic properties were studied by compression, interlaminar shear strengths, DMA and free vibration tests. Hot compression molding showed good to produce the thermoplastic composite, but it need be optimised. The viscoelastic tests of the samples submitted to the UV radiation effects show the glass transition temperatures of non-conditioning and conditioning specimens are near (~157°C to 162°C) when compared between then. On the other hand, the storage modulus presents a significant degradation emphasising the deleterious effect of the UV conditioning on the studied composite stiffness

Resumo: No presente trabalho foram desenvolvidos compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais provenientes da casca do coco verde e do bagaço de cana de açúcar. O poliestireno de alto impacto (HIPS) foi utilizado como matriz termoplástica, tendo em vista seu baixo custo e sua temperatura de processamento menor que a temperatura de degradação da fibra. Devido à falta de compatibilização química das fibras com a matriz, as fibras lignocelulósicas foram tratadas quimicamente pelos tratamentos de mercerização seguido de branqueamento com clorito de sódio. As fibras nas condições "in natura", mercerizadas e branqueadas foram caracterizadas pelas técnicas de difração de raios X, análise termogravimétrica (TGA), análise da composição química e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Após a caracterização as fibras mercerizadas e branqueadas foram misturadas com o HIPS, nas proporções de 10, 20 e 30% (m/m). As misturas foram realizadas em um misturador termocinético e, em seguida, foram injetadas para a confecção de corpos de prova de tração e flexão. Os compósitos foram caracterizados pelas técnicas de análise térmica, ensaios mecânicos de tração e flexão, exposição ao intemperismo acelerado, microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica. Os tratamentos químicos proporcionaram a redução de alguns componentes amorfos das fibras, causando alterações na superfície das mesmas. A adição das fibras tratadas quimicamente à matriz de HIPS proporcionou aumento nos módulos elásticos em tração e em flexão dos compósitos sem alterar suas respectivas resistências mecânicas. A exposição ao intemperismo provocou a redução das propriedades mecânicas dos compósitos afetando mais intensamente as fibras naturais. Foi possível obter materiais mais rígidos e menos deformáveis, com até 30% (m/m) de fibras, que apresentaram... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work we developed polymer composites reinforced with natural fibers from green coconut husks and sugar cane bagasse. High impact polystyrene was used as the thermoplastic matrix, considering its low cost and processing temperature which is below the fiber degradation temperature. Due to lack of chemical compatibility between fiber and matrix, the lignocellulosic fibers were chemically treated by mercerization followed by bleaching with sodium chlorite. The untreated, mercerized and bleached fibers were characterized by of X ray diffraction, thermogravimetric analysis (TGA), chemical composition analysis, and scanning electron microscopy (SEM). After characterization, the mercerized and bleached fibers were mixed with HIPS, in ratios of 10, 30 and 30% (w/w). The mixture was performed in a termokinetic mixer and samples prepared by injection molding. The composites were characterized by thermal analysis, tensile testing, aging by accelerated weathering exposure and scanning electron microscopy (SEM). Results showed that the chemical treatments adopted reduced the amount of some amorphous components of the fibers, causing changes in the fibers‟ surface. The addition of chemically treated fibers in the HIPS matrix increased the elastic modulus in tension and flexion of the composite without affecting their mechanical strength. Aging by exposure to weathering caused a decrease of the composites‟ mechanical properties affecting natural fiber reinforced more intensely. It was possible to obtain a more rigid and less deformable material with up to 30% fiber content which was exhibited thermal and mechanical properties viable for applications in which HIPS is used at low cost and where a high ductility is not a necessary characteristic / Orientador: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Coorientadora: Maria Odila Hilario Cioffi / Banca: George Jackson de Morais Rocha / Banca: Laura Hecker de Carvalho / Mestre

Compósitos expandidos ou compósitos celulares reforçados com fibras vegetais são uma classe emergente de materiais que combinam boas propriedades mecânicas com densidade reduzida e capacidade superior de absorção de energia a impacto, isolamento térmico e acústico, quando comparados aos compósitos convencionais não expandidos. Os compósitos expandidos são constituídos basicamente de três fases, (1) a matriz polimérica, (2) o agente de reforço e (3) os espaços vazios no interior do compósito, que são denominados células. Nesse sentido, o presente estudo tem por objetivo o desenvolvimento de compósitos expandidos de poli(etileno-co-acetato de vinila) (EVA) reforçado com dois tipos de reforços de origem vegetal: a fibra de bananeira (FB) e o pó de madeira (PM), em diferentes concentrações e tamanhos de partícula. Inicialmente, foi avaliada a influência do tratamento alcalino em diferentes concentrações, nas propriedades térmicas (TGA), químicas (FTIR), físicas e morfológicas (MEV) da FB, e as propriedades mecânicas (rasgamento e tração) dos compósitos produzidos com a FB tratada. Para a produção dos compósitos expandidos, inicialmente, foi inserido na matriz do EVA o agente compatibilizante polietileno graftizado com anidrido maleico (PEgMA) em uma extrusora monorrosca. A FB, o PM e os aditivos foram incorporados ao EVA/PEgMA em um moinho de rolos, e o composto foi conformado e expandido por compressão em uma prensa térmica com moldes de volumes variados. Os compósitos expandidos foram avaliados quanto às propriedades físicas (densidade e absorção de água), mecânica (resistência ao rasgamento, resistência à compressão e dureza), térmica (TGA), química (FTIR) e morfológica (MEV e MO). Os resultados demonstraram que os compósitos expandidos apresentaram redução de densidade de 70 a 30%, de acordo com o molde utilizado no processo de expansão. O uso de ambos os reforços vegetais interferem na estrutura morfológica das células nos compósitos expandidos, promovendo a formação de células de tamanho e formato heterogêneo, compostas por células abertas e fechadas. Os reforços também atuam como agentes de nucleação na formação das células, proporcionando redução do tamanho e aumento na densidade das células com o aumento do teor de carga. A resistência ao rasgamento tende a diminuir com a diminuição da densidade e aumento do teor de carga, enquanto as propriedades mecânicas de resistência à compressão e dureza aumentam com o aumento do teor de carga. Em todos os compósitos desenvolvidos, na região da interface polímero-fibra, os compósitos apresentam regiões com boas e fracas propriedades de adesão. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-07-10T17:21:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Matheus Vinicius Gregory Zimmermann.pdf: 4275549 bytes, checksum: 8a3ddad83d9ea350108ccc795409de2b (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-10T17:21:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Matheus Vinicius Gregory Zimmermann.pdf: 4275549 bytes, checksum: 8a3ddad83d9ea350108ccc795409de2b (MD5) / Expanded composites or vegetable fiber-reinforced cell composites are a new emerging class of materials combining good mechanical properties of reduced density, having superior ability of energy absorption at impact, as well as thermal and acoustic isolation. Expanded composites are basically constituted of three phases, the polymeric matrix, the reinforcing agent and the void spaces in the interior of the composite, called cells. In this context, the present study aims at the development of expanded poly (ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) composites reinforced with two kinds of vegetable fibers, banana fiber (BF) and wood flour (WF) at different concentrations and particle sizes. Initially the influence of sodium hydroxide-based (NaOH) alkaline treatment at different concentrations was evaluated as regards thermal (TGA), chemical (FTIR), physical and morphological (SEM) properties of BF as well as mechanical properties (tear and tensile) of the composites obtained from treated BF. For the production of the expanded composites initially the compatibilizing agent maleic anhydride grafted polyethylene (PEgMA) was inserted into the EVA matrix with the aid of a single screw extruder. The BF and WF fibers were incorporated into EVA/PEgMA using an open roll mill and the composite was shaped and expanded using a thermal press having variable volume dies. The expanded composites were evaluated as for physical (density, water absorption), mechanical (tear strength and hardness), thermal (TGA), chemical (FTIR) and morphological (SEM) properties. The results demonstrated that the expanded composites attained between 70 and 30% reduction in density according to the die utilized in the expansion process. The use of both fibers affect the morphological structure of cells in the composites, promoting the formation of heterogeneous structures made up of open and closed cells. Vegetable fibers work as nucleating agents in the formation of cells, providing size reduction and increased density of the cells as a result of the increased filler content. Mechanical properties of tear strength tend to diminish with reduced density and increased filler content, while mechanical properties of compression strength and hardness increase with increased filler content. In the polymer-fiber interface all composites exhibit some regions of good adhesion and other ones of poor adhesion between the matrix and the vegetable fiber.

Os materiais compósitos possibilitam a melhoria das propriedades mecânicas dos materiais associados a menores densidades favorecendo a proteção pessoal, de veículos e aeronaves militares. A poliaramida apresenta como vantagens, melhora nas propriedades mecânicas e térmicas do compósito, elevando o grau de dureza e impacto em desempenho balístico. Porém, as fibras de aramidas apresentam uma superfície química inerte e lisa que dificulta a interação com as resinas termorrígidas, criando consequentemente uma fraca adesão interfacial entre as fibras e a matriz. Assim, o objetivo deste trabalho é o tratamento superficial da fibra de aramida, para melhorar a reatividade da superfície das fibras, e a adesão interfacial entre a fibra e a matriz. Compósitos de aramida e resina éster-vinílica foram preparados por moldagem por compressão, e o tratamento superficial das fibras foi realizado com a ligação C-F e constatado a presença de ~ 2,5% de flúor (em massa) (dado qualitativo). Como resultados, os compósitos contendo fibras tratadas apresentaram menor teor de vazios (0,33 ± 0,36%) em relação aos compósitos de fibras não tratadas (4,67 ± 1,14%). Para os compósitos de fibras tratadas, também foram obtidos resultados inferiores de resistência à tração, resistência ao impacto, fator de amortecimento e fator de adesão, e resultados superiores para módulo de elasticidade, temperatura de transição vítrea, módulo de armazenamento e módulo de perda. Para o teste de Barra Hopkinson, foi observado que os compósitos de aramida tratada tornaram-se mais frágeis à medida que a taxa de deformação foi aumentada, diminuindo a absorção de energia com o aumento da deformação. Concluiu-se que o compósito de fibras tratadas apresentou maior adesão entre fibras e matriz, resultando em menor teor de vazios, maior rigidez, dissipação de energia, menor movimentação nos segmentos de cadeia e maior temperatura de transição vítrea. Porém, o tratamento das fibras tornou o compósito mais frágil, resultando na diminuição das propriedades de resistência ao impacto balístico em relação ao compósitos de fibras não tratadas. / Submitted by Paula Leal (pffleal@ucs.br) on 2017-12-12T13:10:21Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Marilu Wirti.pdf: 4204467 bytes, checksum: 4c10afe3fdb21356992b6ae8bab0ea29 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-12T13:10:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Marilu Wirti.pdf: 4204467 bytes, checksum: 4c10afe3fdb21356992b6ae8bab0ea29 (MD5) Previous issue date: 2017 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES. / The use of composite materials enables the improvement of the materials mechanical properties associated with lower densities favoring protection of personnel, military vehicles and aircrafts. The advantages of polyaramid are the improvement of the mechanical and physical properties, and a high degree of hardness and ballistic performance. However, the aramid fibers have an inert and smooth chemical surface, which hinders interaction with the thermosetting resins, resulting in a weak interfacial adhesion between fibers and matrix. Thus, the aim of this study is to perform surface treatment of aramid in order to improve surface reactivity of the fibers to improve interfacial adhesion between fibers and matrix. Aramid Kevlar® and vinyl-ester composites were molded by compression molding, and the fibers surface treatment occurred by the deposition of ~ 2,5% of fluorine (in mass) (qualitative data). The treated fibers composite showed lower voids content (0,33 ± 0,36%) in relation to the untreated fibers composite (4,67 ± 1,14%). Furthermore, inferior results of tensile strength, impact strength, damping factor and adhesion factor were obtained for the treated fibers composite, along with superior results for modulus of elasticity, glass transition temperature, storage modulus and loss modulus. For the Hopkinson Bar test, it was observed that the aramid composites became weaker as the deformation rate was increased, which decreased energy absorption with the increased deformation. It was concluded that the treated fiber composite showed a higher adhesion between fibers and matrix, resulting in lower voids content, higher stiffness, energy dissipation, lower chain segment movement and higher glass transition temperature. However, the treatment of the fibers made the composite more fragile, resulting in the decrease of the properties of resistance to ballistic impact in relation to the composites of untreated fibers.

Banca: Luis Rogério de Oliveira Hein / Banca: Waldek Wladimir BaseFilho / Banca: Ailton de Souza Gomes / Banca: Durval Rodrigues Junior / Banca: Maysa Furlan / Resumo: Este trabalho de pesquisa consistiu na obtenção de compósitos nanoestruturados utilizando matrizes poliméricas termorrígidas e nanotubos de carbono (CNT) e posterior caracterização de suas propriedades mecânicas, térmicas, elétricas, reológicas e demais características físico-químicas para aplicações aeroespaciais. As atividades experimentais para a realização deste trabalho foram, em sua maioria, conduzidas na Alemanha. Durante o desenvolvimento deste trabalho de pesquisa, foi possível entender melhor como deve ser realizada a purificação, funcionalização e dispersão de CNT em compósitos poliméricos. Desta forma, CNT foram caracterizados e utilizados como reforços para a obtenção de compósitos nanoestruturados em matrizes termorrígidas (resina fenólica). Estes compósitos foram processados, por meio de cura em autoclave e avaliados com relação aos seus desempenhos mecânicos, físico-químicos e morfológicos. Duas metodologias foram utilizadas para permitir a dispersão dos CNT: dispersão em solução aquosa e por calandragem (TRC). Os resultados obtidos mostram que a metodologia mais adequada para dispersar os CNT em resina fenólica é a partir do processo por calandragem e que teores superiores a 0,5% em massa de CNT não resultam em melhorias significativas quanto aos desempenhos viscoelástico, térmico, elétrico e mecânico destes compósitos. Ainda, a partir dos ensaios reológicos e elétricos, foi observado que teores abaixo de 0,2% em massa de CNT já são suficientes para promover a percolação dos CNT na resina fenólica, gerando mudanças significativas no comportamento físico-químico do compósito nanoestruturado. A partir deste trabalho de pesquisa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This researcher work concerning about the nanostructured composite obtaining by using thermoset polymeric matrix and carbon nanotubes and posterior characterization of their mechanical, thermal, electrical, rheological and others physical-chemical properties for aerospace application. The experimental activities in order to perform this work, in its majority, have been done in Germany. During the development of this researcher work, it was possible to understand better how should be done the purification, functionalization and dispersion of CNT into polymeric composites. This way, CNT were characterized and used as reinforcement in order to obtain nanostructured composite materials in thermoset matrix (phenolic resin). These composites were processed by using autoclave cure processing and they were evaluated concerning about its mechanical, physical-chemical and morphological behavior. Two methodologies were used in order to allow the CNT dispersion: in aqueous solution and in three roll calender (TRC). The obtained results show that the TRC methodology is more adequate in order to disperse the CNT reinforcement and that the content higher than 0.5wt%CNT not result in significant gain in viscoelastic, thermal, rheological and electrical properties in these composites. Still, from the rheological and electrical tests, it was observed that loads below than 0.2wt%CNT are enough to promote the CNT percolation in phenolic resin, generating significant changes in physical-chemical properties of nanostructured composites. From this researcher work... (Complete abstract click electronic access below)

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