Cellulose fiber was used to reinforce higher melting temperature engineering thermoplastics, such as nylon 6 and nylon 66. The continuous extrusion - direct compression molding processing and extrusion-injection molding were chosen to make cellulose fiber/nylon 6 or 66 composites. Tensile, flexural and Izod impact tests were used to demonstrate the mechanical properties of the composites. The continuous extrusion-compression molding processing can decrease the thermal degradation of cellulose fiber, but fiber doesn't disperse well with this procedure. Injection molding gave samples with better fiber dispersion and less void content, and thus gave better mechanical properties than compression molding. Low temperature compounding was used to extrude cellulose fiber/nylon composites. Plasticizer and a ceramic powder were used to decrease the processing temperature. Low temperature extrusion gave better mechanical properties than high temperature extrusion. The tensile modulus of nylon 6 composite with 30 % fiber can reach 5GPa; with a tensile strength of 68MPa; a flexural modulus of 4GPa, and a flexural strength of 100MPa. The tensile modulus of nylon 66 composites with 30 %fiber can reach 5GPa;with a flexural modulus of 5GPa; a tensile strength of 70MPa; and a flexural strength of 147MPa. The effect of thermal degradation on fiber properties was estimated. The Halpin-Tsai model and the Cox model were used to estimate the composite modulus. The Kelly-Tyson model was used to estimate the composite strength. The result indicates that the change of fiber properties determines the final properties of composites. Fiber length has a minor affect on both modulus and strength as long as the fiber length is above the critical length.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-17T16:04:27Z No. of bitstreams: 1 _CW_Tese Análise e Controle Fuzzy de Processos.pdf: 2589452 bytes, checksum: 6a359a962b710c0c8009a5acc05e4dd2 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-21T11:08:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 _CW_Tese Análise e Controle Fuzzy de Processos.pdf: 2589452 bytes, checksum: 6a359a962b710c0c8009a5acc05e4dd2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-21T11:08:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 _CW_Tese Análise e Controle Fuzzy de Processos.pdf: 2589452 bytes, checksum: 6a359a962b710c0c8009a5acc05e4dd2 (MD5) / Este trabalho buscou dois objetivos principais. O primeiro deles consistiu em comprovar a potencialidade da aplicação de controladores PI-fuzzy em reatores de polimerização semi-batelada, com trajetórias de setpoint s (valor de referência) prédefinidas, tendo os parâmetros das funções de pertinência e fatores de escala determinados pelo método de sintonia ótima. O segundo objetivo compreendeu em possibilitar a utilização do programa de simulação em ambiente computacional, como ferramenta de trabalho para P & D de novos produtos. O controle de reatores de polimerização é desafiante devido a vários fatores como a natureza multivariável e não linear, a existência de interações e tempos mortos, a cinética de reação complexa e a ausência de medições diretas das variáveis que caracterizam a estrutura macromolecular do polímero, dentre outros. Para o caso específico de reatores que operam em batelada ou semi-batelada, existem dificuldades adicionais associadas às necessidades de que algumas variáveis de processo obedeçam a trajetórias de setpoints pré-definidas e necessárias para a garantia das especificações do produto final. O sistema em estudo deste trabalho compreende um reator semi-batelada, de escala comercial, para a produção de nylon a partir da ε − caprolactama. O problema de controle consiste em conduzir o sistema reacional ao longo de cada batelada, de modo que as trajetórias dos setpoints da temperatura da massa reacional e da pressão na fase gasosa sejam obedecidas por essas variáveis de processo, caracterizando-se, portanto, como um problema de controle tipicamente servo, com setpoints variáveis. Dois estudos de caso foram testados e analisados. No primeiro caso, óleo quente e óleo frio são ambos disponibilizados e utilizados separadamente para o aquecimento ou resfriamento do meio reacional, respectivamente, conforme a temperatura esteja menor ou maior do que o valor do setpoint em um dado instante. No segundo caso, baseado em situações reais de unidades industriais, é disponibilizado apenas óleo quente ao longo de toda a batelada para o aquecimento da massa reacional. Para cada uma das configurações descritas, o sistema de controle compreendeu duas malhas de controle, sendo uma para o controle da temperatura na massa reacional e outra para o controle da pressão na fase vapor do reator. Para cada um dos estudos, foram comparadas duas estratégias de controle, quais sejam: controladores convencionais com algoritmo PID e controladores PI baseados em lógica fuzzy (nebulosa) (controle PI-fuzzy). Para representar um caso real de um reator de escala comercial, foi adotado um modelo fenomenológico em todos os testes de simulação em malha fechada. O modelo é composto pelas equações da cinética de reação, balanços de massa e de energia, e correlações adicionais para a viscosidade e coeficientes de troca térmica. Foram consideradas as vaporizações da água e da ε − caprolactama presentes na massa reacional, e a variação da viscosidade na massa reacional, assim como o seu efeito sobre as taxas de transferência de massa e de energia. O modelo completo foi ajustado com base em um reator de nylon de escala comercial, já existente, e as condições do processo, assim como as trajetórias de pressão e temperatura, são equivalentes à realidade operacional praticada. Os resultados obtidos comprovam a potencialidade da abordagem do controle PI-fuzzy para reatores de polimerização semi-batelada com setpoint variável. Os ajustes das regras e dos parâmetros das funções de pertinência mostraram-se capazes de produzir um bom desempenho em relação às trajetórias de setpoint especificadas, tendo-se, inclusive, redução de overshoot (sobre-sinal) na temperatura.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseRSY.pdf: 1549037 bytes, checksum: a3815021f9701d87e609f6d19b7f4531 (MD5) Previous issue date: 2005-03-11 / Universidade Federal de Minas Gerais / Initially it was made a well elaborated study on the essential work of fracture method (EWF) using the polyamide 6 (PA6) because this polymer shows high difficult to evaluate its toughness. The PA6 is a semi-crystalline polymer, so its mechanical properties are highly affects by the specimen processing conditions. This material is also highly susceptible to the notch, so it is necessary to study how the conditions to obtain the notch and pre-crack can affect the applicability of the EWF method. The best specimen dimension to work in plane stress condition was determined for the uniaxial tensile test. This first study allowed determining the best specimen condition to apply the EWF method. The EWF method was used to evaluate the toughness of polymeric blends. One of the blend was prepared with a semi-crystalline matrix (PA6/ABS) and other with amorphous matrix (PC/ABS). It was also studied the efficiency of the MMA-MA compatibilizer on the PA6/ABS blend toughness. The results allowed concluding that the EWF method was able to verify the improvement of toughness in the blends when compared with the pure polymers as well as the improvement of toughness when the compatibilizer is added to the blend. It was also studied the influence of specimen thickness, strain rate and injection molding conditions like injection speed and mold temperature on the parameters of EWF method. The results allowed concluding that all variables affected the specific essential work of fracture, we, while the specific nonessential work of fracture, βwp, was not affect by that variables, except in the highest test speed for PA6 and in the different thickness for the PA6 and PA6/ABS/MMA-MA blend. / Inicialmente foi realizado um estudo criterioso sobre o método do trabalho essencial de fratura (EWF) utilizando-se a poliamida 6, pois este polímero apresenta grandes dificuldades quanto à avaliação de sua tenacidade. A poliamida 6 é um polímero semicristalino, portanto, suas propriedades mecânicas são altamente influenciadas pelas condições de processamento dos corpos de prova. Apresenta também alta susceptibilidade ao entalhe necessitando, portanto, um estudo da influência das condições de confecção do entalhe e da pré-trinca. Nesta etapa inicial, verificaram-se também as dimensões ideais dos corpos de prova para garantir a condição de estado de tensão plana no ensaio de tração uniaxial. Este estudo permitiu determinar a melhor condição de obtenção de corpos de prova para a aplicação do método EWF. Na etapa seguinte utilizou-se o método EWF para a avaliação da tenacidade de blendas poliméricas com matriz semicristalina (PA6/ABS) e com matriz amorfa (PC/ABS), e também a eficiência do compatibilizante MMA-MA na tenacificação da blenda PA6/ABS. Os resultados obtidos permitiram concluir que a aplicação do método EWF para a avaliação da tenacidade das blendas em relação aos polímeros puros foi altamente satisfatória, bem como, a avaliação do efeito do compatibilizante na tenacidade da blenda PA6/ABS. A etapa final foi dedicada para avaliação de influência de variáveis que poderiam afetar os valores dos parâmetros de fratura do método EWF. Foram realizados estudos da influência da espessura do corpo de prova, da taxa de deformação e das condições de moldagem por injeção através da velocidade de injeção e temperatura do molde. Os resultados obtidos permitiram concluir que todas as variáveis afetaram os valores da tenacidade à fratura, através de mudanças nos valores do trabalho essencial de fratura específico, we, enquanto que o trabalho específico não-essencial ou plástico, βwp, apresentou-se independente das variáveis, com exceção da PA6 à alta taxa deformacional e PA6 e da blenda PA6/ABS/MMA-MA em diferentes espessuras.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nanocompósitos de poliamida 6 (PA6) e montmorilonita modificada com sal de amônio quaternário têm sido estudados, visando melhorar as propriedades térmicas e mecânicas. De fato os efeitos da nano-escala e da interação carga-matriz resultam em maior módulo de elasticidade e resistência à tração, porém a deformação é reduzida. Assim, nesse trabalho, optou-se por adicionar elastômeros, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM) e terpolímero de etileno-propileno-dieno modificado com anidrido maleico (EPDM-MA), ao sistema PA 6/argila organofílica para recuperar os valores de deformação. Foi utilizada montmorilonita modificada com cloreto de dimetildioctadecil amônio. A intercalação por fusão foi realizada em câmara interna de mistura. Além das propriedades mecânicas, térmicas e reológicas, foram investigadas as modificações na cristalinidade da fase PA-6 em função da adição da argila modificada, EPDM e EPDM-MA, detectando-se as variações no grau de cristalinidade e nas temperaturas de fusão e cristalização. Os difratogramas de raios-x revelaram ocorrência de intercalação/esfoliação e também modificação da forma cristalina da PA 6, indicando a formação do cristal gama / Nanocomposites of polyamide 6 and montmorillonite modified with alquil-ammonium salts have been studied, searching for the improvement of mechanical and thermal properties. In fact the effects of the nano-scale and the interaction matrix-filler result in larger module of elasticity and tensile strength. However, the elongation at break was greatly reduced. Therefore, in this work, it has been decided to add elastomers, ethylene-proplene-diene terpolymer (EPDM) and ethylene-proplene-diene terpolymer funcionalized with maleic anhydride (EPDM-MA), to the system PA6/organoclay, using modified montmorillonite with ditallowdimethylammonium chloride. The nanocomposites were prepared by melt intercalation technique in a mix internal chamber. Besides the mechanical, thermal and rheological properties, the modifications in the crystallinity of PA6 phase were investigated, being detected the variations in the degree of crystallinity and in the melt temperature and crystallization. The diffractograms of x-ray (XRD) revealed occurrence of intercalation/exfoliation as well as modification of the crystalline form of PA 6, indicating the formation of  crystals

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Andre Luiz Jardini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T19:17:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_MariaCarolinaBurgos_D.pdf: 4625238 bytes, checksum: 91a8789c479692b23293ebf51336dd65 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Uma característica importante no projeto de uma unidade experimental de polimerização é o fato de que, já nas primeiras etapas de síntese conceitual do processo, sejam considerados os aspectos econômicos associados ao mesmo. O potencial econômico do processo deve ser analisado para descartar alternativas inviáveis e para ordenar, segundo seu potencial de rentabilidade, as que devem seguir sendo objeto de estudo e desenvolvido em etapas posteriores. Este trabalho tem como objetivo o projeto e a implantação de uma unidade experimental de polimerização, destinada ao desenvolvimento de Nylon-6 para novas aplicações como plástico de engenharia, em especial para aplicações em processo de prototipagem rápida com laser de CO2. O processo investigado é a polimerização hidrolítica do Nylon-6, a partir do monômero e-caprolactama, em um reator de bancada em batelada. Foram identificadas as condições operacionais para obter o polímero com as propriedades desejadas, levando-se em conta as várias etapas da reação. Os estudos de modelagem e simulação do processo incluem os passos necessários para o desenvolvimento do modelo, envolvendo as equações da cinética de reação de polimerização e os balanços de massa e energia. O modelo desenvolvido é útil para otimizar o desempenho do reator experimental e, consequentemente, investigar várias alternativas operacionais, visando encontrar soluções mais econômicas para o processo. O polímero obtido a partir da planta piloto de polimerização poderá ser empregado como insumo em processos de prototipagem e em particular na máquina de prototipagem rápida, desenvolvida e instalada no Laboratório de Otimização, Projeto e Controle Avançado (LOPCA), possibilitando o desenvolvimento de protótipos e modelos tridimensionais, além de produtos com alto valor agregado. / Abstract: A main characteristic in the design of polymerization experimental unit is to take into consideration economic aspects already in initials stages of conceptual synthesis of the process. The economic potential of the process has to be analyzed in order to take decisions about possible alternatives so that it is possible to classify by its potential performance the options which should remain for further studies in advanced stages of process conceptual design. This research has as main objective the design, implementation and operation of an experimental polymerization unit for development of Nylon-6 especially focused for new applications as a engineer plastic - in special on its application on processes of rapid prototyping using CO2 laser. Specifically, the examined process is the hydrolytic polymerization of Nylon-6 (from e-caprolactam monomer) in a batch reactor. A search was carried out to define the process operational conditions taking into account all the reaction steps. The efforts on process modeling and simulation include the necessary paths to the model development, involving kinetic equations of polymerization reaction and the mass and energy balances. The developed model is useful to optimize the experimental reactor performance and, then, investigate several possible operational alternatives, bearing in mind the objective of establish better economic solutions for the process, whereas keeping the desired properties. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

In this study, commercially available isotactic polypropylene (PP) and nylon-6 (PA6) blends and laminates were prepared, to develop a material with optimal water vapour and oxygen barrier properties. The effect of compatibilizers on phase dispersion has been investigated using three commercial Polybond's, PB3002, PB1001, and PB3009. Three compatibilizers prepared in-house were also used as, maleic anhydride(MA) grafted on PP, MA and butyl methacrylate(BMA) co-polymer grafted on PP, and BMA grafted on low density polyethylene. The effect of two silanes( methacrylate functional and vinyl functional) on PP were also investigated and also the plasticization of PA6 with formic acid. The results were compared with a commercial blend of PP and PA6, Orgalloy R-6000. Light microscopy with phase and fluorescence contrast has been used for morphological evaluation. Chemical changes were studied by Fourier Transform Infrared Spectroscopy and rheology by dynamic and steady state measurements. Barrier properties were determined gravimetrically for water vapour and organic solvents, and for oxygen by an Oxtran apparatus. The results have shown that phase dispersion can be more easily explained by molecular interactions than by the rheological parameters. The blend slip factor has been improved however by compatibilizers and consequently the phase dispersion, which had little effect on the barrier properties of the blends and indeed the laminates were more effective water vapour barriers. The availability of particular functional groups, which can interact with the permeant is the most important parameter, which can be affected by processing and blending conditions. The addition of hydrophobic functional groups into polypropylene was therefore the most effective method for enhancing the barrier properties of polypropylene. Cross-linking of the matrix polymer has improved the barrier properties to a lesser extent. It has also been shown, that PP solvent permeability (particularly di-chloromethane) can be improved, by silane addition.

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Abstract: Under normal sealing and storage conditions, Nylon-6, poly-caprolactam-based plastic laminates may release impurities to packaged foods and liquids and the application of heat for cooking often increases the rate of migration. Epsilon-caprolactam is one of the main contaminates found to migrate from a Nylon-6 poly-caprolactam plastic film. The objectives of this study were to determine the effects of solvent, transportation and storage time on the migration of ε-caprolactam from a Nylon-6-based lidding material into water or a white wine substitute (12% ethanol). Polypropylene plastic cups were filled, sealed, packaged, stacked and exposed to a simulated 3-day cross-country shipment. Cups were sampled with or without simulated shipment after 0, 7, 14 and 28 days at 20.6°C. Epsilon-caprolactam was determined using a GC equipped with FID and a Restek Rtx 1301 megabore column. Results of the study indicated migration of ε-caprolactam into containers at the time of sealing with significantly higher levels (4.42 ppm average) occurring in cups containing 12% ethanol vs. water (0.01 ppm average). After the cups were sealed, neither simulated cross-country shipment nor storage increased levels of ε-caprolactam in either solvent. The results indicate that wine sealed in packages lined with Nylon-6-based plastic could contain significant amounts of ε-caprolactam. However, it is not understood how the alcohol, whether as liquid or vapor, interacted with the lidding material to increase migration at the time of sealing. No delamination of the polypropylene layer in the lidding material was observed after sealing. Future research needs to be conducted to study the effects of alcohol, alcohol vapor, sealing time and temperature on ε-caprolactam migration.

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