El estudio muestra la existencia de tres estados en el comportamiento en fatiga de la poliamida reforzada con fibra de vidrio corta su rotura.En el estado I se genera deformación por fluencia transitoria, lo que conlleva disipación de energía en el material que aumenta su temperatura. Si el incremento térmico se estabiliza el materialsoporta un número ilimitado de ciclos. Si aumenta la temperatura, la deformación del material alcanza un valor para el que se produce la transición al estado II.En el estado II el material se deforma a velocidad constante. Se inician fenómenos de crazing o pseudo-fisuración en el material, con cierta capacidad portante de carga. El proceso conduce a una inestabilidad final cuando la deformación del material alcanza el valor para el que sucede la transición al estado III.En el estado III se produce la inestabilidad local en el material que antecede a su rotura. Se debe a que el desarrollo de los crazes produce un crecimiento acelerado de la deformación del material y se obtiene su rotura tras un número de ciclos bajo. / The work shows the existence of three states in the fatigue behaviour of short fibre-glass reinforced polyamide up to the moment of failure. In the state I creep transient deformation processes are produced. If temperature, associated to the dynamic process, stabilises, the material is able to withstand an unlimited number of cycles. On the other hand, if temperature grows continuously the material takes a critical strain for which a transition to the state II is reached. This new state shows a constant material´s deformation rate and a homogeneous nucleation of crazing phenomena. The hysteresis energy per cycle grows in a constant way and the material´s temperature increases. These conditions lead to the final instability that starts when the material´s deformation reaches a new critical value for which a second transition to the state III takes place. Under these circumstances local instabilities precede material´s final fracture. This is due to the quantity of crazes and their sizes, which are important enough to origin high concentration of mechanical effects to produce a material´s accelerated growth deformation to obtain its fracture.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1_Introducao.pdf: 64784 bytes, checksum: a1b19b41bade65db44f4ab7b4a5561dc (MD5) Previous issue date: 2011-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Polyamide-imide (PAI) is a polymer widely used in magnet wires for electrical applications due to combination of their mechanical, electrical and thermal properties. This polymer can be improved by the addition of inorganic moieties, among them silsesquioxanes, forming organic/inorganic hybrids. This dissertation presents the preparation of hybrid polymers PAI/copolysilsesquioxane (PAI/coPSQ), where the matrix of polyamide-imide (PAI) is prepared from the condensation of trimellitic anhydride (TMA) and diphenylmethane-4 ,4-diisocyanate (MDI), and the copolysilsesquioxane is prepared by the sol-gel method from alkoxide precursors, in this case, 3-aminopropyltriethoxysilane (APES) and phenyltrietoxisilane (PTES). The methods for obtaining the hybrid PAI/coPSQ by simple mixing and in situ reaction were evaluated. The hybrid polymers were characterized by their spectroscopic characteristics, morphology, electrical, mechanical and thermal properties. The PAI/coPSQs coatings prepared with APES-rich coPSQ presented gelatinization due to high crosslinking generated by the polymer chains of PAI and the amine groups of PSQ. The method of in situ reaction mixture was more efficient in the generation of hybrid PAI/coPSQ, minimizing the occurrence of gelatinization. The SEM and AFM confirmed the absence of separation between the organic and inorganic phases and the FTIR and NMR 13C and 29Si analysis confirmed the formation of a Si-O-Si network. PAI/coPSQ hybrid samples showed no significant changes of Tg, while PAI/PTES hybrid obtained by polycondensation of PTES presented a decrease of Tg. PAI/PSQs hybrids were analyzed by thermogravimetry and showed a small improvement in thermal resistance. The results of nanoindentation tests confirmed the influence of adding coPSQ to increase hardness and elastic modulus of PAI films, while the average performance of dielectric strength showed trends of increasement. / O polímero poliamida-imida (PAI) é amplamente utilizado em fios esmaltados para aplicações elétricas devido ao balanço de suas propriedades mecânicas, elétricas e térmicas. Este polímero pode ser melhorado pela adição de cargas inorgânicas em sua matriz, dentre elas os silsesquioxanos, formando híbridos orgânicos/inorgânicos. O presente trabalho apresenta o preparo de polímeros híbridos PAI/copolissilsesquioxano (PAI/coPSQ), onde a matriz de poliamida-imida (PAI) é preparada a partir da reação de condensação entre o anidrido trimelitico (TMA) e o difenilmetano-4,4-diisocianato (MDI), e o copolissilsesquioxano é preparado pelo método sol-gel a partir de precursores alcóxidos, neste caso o 3-aminopropiltrietoxissilano (APES) e o feniltrietoxissilano (PTES). Foram avaliadas as metodologias de obtenção do híbrido PAI/coPSQ por mistura simples e por reação in situ. Os polímeros híbridos foram caracterizados quanto às suas características espectroscópicas e morfológicas, propriedades elétricas, mecânicas e térmicas. Os vernizes de PAI preparados com coPSQs ricos em APES apresentaram gelatinização devido ao alto grau de reticulação gerado pelas ligações cruzadas entre as cadeias poliméricas do PAI e os grupos amínicos. O método de mistura por reação in situ mostrou-se mais eficiente na geração do híbrido PAI/coPSQ, minimizando a ocorrência de gelatinização. As análises morfológicas confirmaram a ausência de separação entre as fases orgânica e inorgânica e as análises de FTIR e NMR 13C e 29Si confirmaram formação da rede Si-O-Si. As amostras híbridas PAI/coPSQ não apresentaram alterações significativas de Tg, enquanto que o híbrido PAI/PTES obtido pela policondensação somente do PTES apresentou grande diminuição de Tg. Os híbridos PAI/PSQs apresentaram uma pequena melhoria na estabilidade térmica analisada por termogravimetria. Os resultados do ensaio de nanoindentação confirmaram a influência da adição do coPSQ para o aumento da dureza e do módulo de elasticidade dos filmes de PAI, enquanto que os resultados médios da propriedade de rigidez dielétrica apresentaram tendência de aumento.

O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia que possibilita a obtenção de uma linha de concretos auto-adensáveis de alta resistência, econômicos e com reduzido impacto ambiental quando comparados com os concretos correntes. Para atingir estes resultados foram estabelecidos critérios de dosagem e de produção visando à sinergia entre os materiais constituintes do concreto. Foram pesquisados métodos de empacotamento dos agregados e adições minerais, estudada a interação entre o aditivo superplastificante e os materiais cimentícios e a incorporação de fibras de lã-de-rocha ou poliamida. Os concretos com matriz densa sob efeito de temperaturas elevadas tendem a sofrer lascamentos explosivos. Diante disso foi verificado o comportamento de corpos de prova e os resultados indicaram a importância da adição da fibra de poliamida nessa condição, onde o concreto resistiu a uma temperatura de 400ºC. Ensaios de resistência à abrasão indicaram que a fibra de lã-de-rocha melhora essa propriedade do concreto e, como esperado, essa adição não inibe o lascamento explosivo do concreto. Também foram determinadas as propriedades mecânicas dos concretos e concluiu-se que é possível o emprego de um concreto estrutural auto-adensável com consumo de cimento Portland da ordem de 325 kg/\'M POT.3\', fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa e Ec28 = 43 GPa. Devido à ação das adições minerais, estes concretos atingiram uma grande reserva de resistência à compressão após a idade de referência de 28 dias, obtendo-se 89 MPa aos 131 dias de idade. A densificação da pasta hidratada, a melhoria da zona de interface desta com os agregados, além da fissuração reduzida decorrente do baixo consumo de cimento e da adição de fibras indicam que este material tem desempenho superior ao prescrito pela NBR 6118 para as diversas classes de agressividade ambiental e de resistência. / The aim of this work is to show a methodology that allows to realize a set of high strength self-consolidating concrete, economic and with lower environmental impact when compared with current concretes. To get these results, criteria for production and mix design had been established aiming at to synergy between constituent materials of the concrete. Methods of particles packing (aggregates and mineral additions), the interaction between the superplasticizer and cementitious materials and the fiber incorporation were researched. The concretes with dense matrix under effect of high temperatures are susceptible to explosive spalling. In this situation, concretes were evaluated by testing cylindrical specimens and results evidenced the importance of the polyamide fiber when the concrete supported 400ºC. Tests of abrasion resistance indicated a good application for the wool-of-rock fiber, but this material not avoids explosive spalling. The mechanical properties of the concretes were determined and show that is possible to product a self consolidate concrete with low cement content (325 kg/\'M POT.3\'), fc7 = 53 MPa, fc28 = 71 MPa and Ec28 = 43 GPa. Due to action of the mineral additions, these concretes had a great reserve of compressive strength after the age of reference of 28 days and achieved 89 MPa at 131 days of age. The high density cement paste, the improvement of the matrix-aggregate interfacial zone and the reduced cracking due to the low cement content and the fibre addition indicate that these materials has superior performance to those prescribed for the NBR 6118 for diverse strength classes and aggressive environmental exposure.

O comportamento dinamométrico de malhas submetidas à tração é geralmente inadequado para atender aos padrões atuais de conforto e desempenho e, portanto, fibras elastoméricas são cada vez mais utilizadas em conjunto com algodão, viscose, poliamida e poliéster para conferir aos artigos um maior grau de alongamento e uma melhor recuperação elástica. Dessa forma as características desses produtos estão amplamente associadas ao fio de elastano e sua utilização. No entanto as relações entre a proporção de elastano, a alimentação de fio rígido e as propriedades físicas obtidas nas malhas é algo ainda pouco estudado. O objetivo desse trabalho é estudar e definir essas relações através do planejamento de experimentos em malhas monofrontura de poliamida/elastano. Foram alteradas condições de alimentação do fio de poliamida (LFA) e tensão do elastano e, após relaxamento, medidas várias propriedades das malhas produzidas como gramatura, largura, densidade, espessura, porcentagem de elastano, permeabilidade ao vapor, alongamento e elasticidade. Foi possível observar como a tensão de elastano é preponderante na densidade e na porcentagem de elastano, enquanto o LFA da poliamida é predominante na espessura e alongamento da malha, enquanto a largura, a elasticidade e a permeabilidade ao vapor não sofrem influências significativas de nenhum dos dois fatores analisados. / The dynamometric behavior of knits subjected to traction is generally inadequate to meet current standards of comfort and performance and, therefore, elastomeric fibers are increasingly used in combination with cotton, viscose, polyamide and polyester to give to these articles a greater degree of elongation and better elastic recovery. Thus the characteristics of these products are widely associated with elastane yarn. However the relationship between the elastic yarn rate, the loop length and the physical properties obtained in the jersey knit is somewhat poorly studied. The aim of this work is to study and define these relationships using design of experiments in polyamide / elastane single jersey knits. The polyamide feed (LFA) and elastane tension were changed and, after relaxation, measurements of jersey properties were done, such as mass per unit area, width, density, thickness, percentage of elastane, water vapor permeability, elongation and elasticity. It was possible to observe how elastane tension is leading to density and percentage of spandex, while polyamide LFA is predominant in the thickness and elongation, since the width, elasticity and vapor permeability are not influenced by either of the two significant factors

Os filtros de fibras flexíveis são unidades de filtração direta, compostos por leito de microfibras. São operados com altas taxas de filtração, garantindo alta eficiência de remoção de sólidos suspensos. Neste estudo avaliou-se a influência dos diâmetros das fibras, da porosidade do leito e da taxa de filtração na eficiência de clarificação de uma água sintética, utilizando filtro de fibras de poliamida. Foram construídos três filtros com diâmetro interno de 28mm e porosidade de 84%, cada um com leito de 100 cm de comprimento e diâmetro de fibra de 0,03, 0,11 e 0,32 mm e um filtro de mesmo diâmetro e comprimento, composto por fibras de 0,03 mm e porosidade 93%. A distribuição de água na entrada do filtro foi composta por 4 orifícios periféricos de 3,5 mm e um orifício central de 8 mm (Fundo de filtro Tipo 1 – FTipo1). Essa mesma entrada foi utilizada para a distribuição de água e ar na lavagem. Em um segundo momento, avaliou-se outra distribuição de água na entrada do filtro, com apenas quatro orifícios periféricos (Fundo de filtro Tipo 2 – FTipo2). Nessa nova configuração de filtro, foram avaliados os filtros de fibras de 0,03 mm, em duas porosidades: 84% e 93%. A água sintética possuía turbidez de 9,51 ± 0,22 uT e cor aparente de 86,4 ± 4,5 uC. A coagulação foi realizada in-line com sulfato de alumínio na dosagem de 22,5 mg.L-1. Em todos os filtros foram avaliadas três taxas de filtração: 60, 80 e 100 m h-1 e estabeleceu-se os limites de turbidez na água filtrada de 0,5 e 2,0 uT para o final da carreira de filtração. A distribuição de água na entrada do filtro mostrou-se de extrema importância para o bom funcionamento do mesmo, pois, dependendo da sua configuração, podem ocorrer emaranhamentos das fibras, comprometendo a eficiência de remoção de cor e turbidez. O filtro com fundo FTipo1 apresentou qualidade satisfatória para o filtro de fibras com diâmetro 0,11 mm, produzindo água filtrada com turbidez abaixo de 2,0 uT. O filtro de fibras de 0,03 mm de diâmetro conseguiu produzir qualidade dentro do limite estabelecido em alguns ensaios, entretanto não houve repetibilidade devido ao emaranhamento ocorrido no leito. Já o filtro de fibras de diâmetro 0,32 mm não atingiu turbidez satisfatória. Os dois filtros de fibras com fundo FTipo2 e porosidades 93% e 84%, respectivamente, conseguiram atingir os valores impostos para a turbidez da água filtrada em todas as taxas estudadas (60, 80 e 100m h-1) , com exceção do filtro de 93% de porosidade que não atingiu a turbidez mínima de 0,5 uT quando operado uma taxa de 100 m h-1. Ao final estimou-se os volumes de água filtrada produzidos no intervalo de um dia (24h) para cada filtro que atingiu os limites de turbidez pré-estabelecidos. Dentre as variações testadas em FTipo1 e FTipo2, concluiu-se que o volume diário de água produzida aumenta proporcionalmente ao aumento da taxa de filtração. Esse estudo demonstrou que o diâmetro da fibra, a porosidade e o fundo do filtro são características essenciais para o bom funcionamento do filtro, influenciando na eficiência de remoção de turbidez e cor aparente da água afluente. / The flexible fiber filters are direct filtration module, made of microfibers filter media. They are operated with high filtration rates ensuring high solids removal efficiency. This study evaluated the influence of diameters of fibers, porosity and filtration rates in the clarification efficiency of synthetic water. Three filters have been constructed with internal diameter of 28 mm and porosity of 84%, each with a filter medium of 100 cm length and fiber diameter of 0.03, 0.11 and 0.32 mm, and a filter of the same diameter and length, comprises fibers of 0.03 mm and porosity of 93%. The water distribution at the filter inlet was composed by four peripheral holes of 3.5 mm and a central hole of 8 mm (filter bottom Type 1 - FType1). That same input was used for water and air distribution in the wash. In a second step, was evaluated other water distribution in the filter inlet, with only four peripheral holes (filter bottom Type 2 - FType2). In this new filter configuration were evaluated 0.03 mm fiber filters with two porosity values: 84% and 93%. The synthetic water had turbidity of 9.51 ± 0.22 NTU and apparent color of 86.4 ± 4.5 uC. The coagulation was performed in-line with aluminum sulfate at a dosage of 22.5 mg.L-1. In all three filters were evaluated three filtration rates: 60, 80 and 100 m / h and fixed the limits of the filtered water turbidity of 0.5 and 2.0 NTU at the end of the career filter. The water distribution in the filter inlet proved to be extremely important for the proper functioning of the same, because, depending on your configuration, entanglements can occur, compromising the color and turbidity removal efficiency. The bottom filter FType1 presented a satisfactory quality for the fiber filter diameter 0.11 mm, producing filtered water with turbidity below 2.0 NTU. The filter of 0.03 mm diameter fibers could produce water quality within the limit in some tests, however there was no repeatability due to entanglement occurred in the bed. Other way, the 0.32 mm diameter fiber filter has not reached satisfactory turbidity. The two fibers filters FType2 and porosity 93% and 84%, respectively, were able to achieve values imposed to the turbidity of the filtered water in all studied rates (60, 80 and 100 m.h-1), except 93% porosity filter witch not reached the minimum turbidity of 0.5 NTU when operated a 100 m.h-1 rate. At the end was estimated the volumes of the filtered water produced within one day (24h) for each filter that has reached the limits of predetermined turbidity. Among the variations tested FType1 and FType2, can be concluded that the daily water volume produced increases with the filtration rate increasing. This study demonstrated that the fiber diameter, porosity and filter bottom characteristics are essential for the proper functioning of the filter, influencing the apparent color and turbidity removal efficiency of influent water.

[pt] As mangueiras termoplásticas, um dos componentes funcionais mais importantes dos umbilicais, são compostas de tubo interno, reforço de fibra sintética e capa externa fabricada em material termoplástico com proteção contra ozônio e radiação ultravioleta (UV). A poliamida 11 (PA11) e o poliuretano termoplástico (TPU) são geralmente especificados para as capas externas, mas outros materiais que atendam a função podem ser utilizados, como o polietileno de alta densidade (PEAD). Independentemente do polímero selecionado para a fabricação das capas, elas precisam garantir a integridade das camadas inferiores da mangueira em um ambiente offshore severo devido à exposição constante ao sol e ao ambiente marítimo. Não é grande a quantidade de trabalhos que estudaram e correlacionaram os efeitos da sobreposição da radiação UV e ambiente salino nos materiais PA11, TPU e PEAD. Assim, o objetivo deste trabalho foi comparar as propriedades mecânicas e térmicas de PA11, TPU e PEAD, por meio de análises térmicas, espectroscópicas e de tração antes e após o envelhecimento por UV e névoa salina, a fim de simular um mecanismo de degradação semelhante ao da vida real das mangueiras termoplásticas e correlacionar o comportamento termomecânico dos três materiais após o envelhecimento. Os materiais utilizados para a fabricação das amostras deste estudo foram obtidos a partir de mangueiras não utilizadas, extrudadas com PA11, TPU e PEAD comerciais. As capas virgens foram submetidas as análises por infravermelho (FTIR), termogravimetria (TGA), termogravimetria derivativa (DTGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e ensaio de tração, para obtenção das propriedades iniciais dos materiais. Em seguida, foram realizados os testes de envelhecimento, que foram desenvolvidos em quatro ciclos. O primeiro ciclo foi o envelhecimento por UV por 720h das amostras inicialmente na condição virgem (1° ciclo: UV), o segundo ciclo foi o envelhecimento por névoa salina por 720h das amostras envelhecidas do primeiro ciclo (2° ciclo: UV+NS), o terceiro ciclo foi o envelhecimento por névoa salina por 720h das amostras inicialmente na condição virgem (3° ciclo: NS) e o quarto ciclo foi o envelhecimento UV por 720h das amostras envelhecidas do terceiro ciclo (4° ciclo: NS+UV). Após o término de cada ciclo de envelhecimento, as amostras de PA11, TPU e PEAD foram submetidas à mesma análise das amostras virgens para fins comparativos. No FTIR todos os materiais apresentaram redução na intensidade dos picos característicos do material, associado a quebra de ligações das cadeias. No PEAD ocorreu o aumento do índice de carbonila e no TPU o surgimento de novo grupo funcional (estiramento C=C em alcenos), associados à oxidação da cadeia polimérica, cisão da cadeia e possível reticulação. Os testes térmicos mostraram um aumento na temperatura de degradação e pequena alteração na temperatura de fusão do PA11 associado à extração de plastificante; no PEAD e TPU ocorreu a diminuição da estabilidade térmica dos materiais após os envelhecimentos e não foram identificadas alterações na temperatura de fusão. Nos ensaios de tração foi verificado no PA11 e PEAD uma diminuição do módulo de elasticidade após os envelhecimentos, atribuída ao processo de cisão das cadeias poliméricas e consequente diminuição da massa molar e no TPU foi observado uma tendência ao aumento da tensão na deformação de 300% nas amostras envelhecidas por UV+NS, NS e NS+UV e uma tendência ao aumento da tensão de ruptura nas amostras envelhecidas por NS+UV, associado a uma concorrência entre a cisão de cadeias e reticulação. A partir dos resultados encontrados nesse estudo, pode-se concluir que o material menos afetado com os ciclos de envelhecimento em sua estrutura química e termicamente foi o PA11. Em relação ao comportamento mecânico, o TPU sofreu menos influência em suas propriedades comparado aos demais materiais. / [en] Thermoplastic hoses, one of the most important functional components of umbilicals, are composed of inner liner, synthetic fibre reinforcement and outer sheath manufactured from thermoplastic material with protection against ozone and ultraviolet (UV) radiation. Polyamide 11 (PA11) and thermoplastic polyurethane (TPU) are generally specified for the sheaths, but other materials that meet the function can be used, as high density polyethylene (HDPE). Regardless of the polymer selected for the sheath manufacturing, they need to guarantee the hose lower layers integrity in an offshore environment due to constant sun exposure and to the maritime environment. The amount of works that studied and correlated the effects of the overlap of UV radiation and saline environment on PA11, TPU and HDPE materials is not large. So, the objective of this work was to compare the mechanical and thermal properties of PA11, TPU and HDPE, by thermal, spectroscopic, and tensile analysis before and after UV and salt spray aging, in order to reproduce a degradation mechanism similar to real life of the thermoplastic hoses and relate the thermomechanical behavior of the three materials after aging to evaluate the material which best suits the use of the sheath. The materials used to manufacture the samples in this study were obtained from unused hoses, extruded with commercial PA11, TPU and HDPE. The virgin sheaths were submitted to infrared (FTIR), thermogravimetric (TGA), derivative thermogravimetric (DTGA), differential scanning calorimetry (DSC) analysis and tensile test, to obtain the initial properties of the materials. Then the aging tests were carried out, which were developed in four cycles. The first cycle was UV aging for 720h of samples initially in the virgin condition (1st cycle: UV), the second cycle was salt spray aging for 720h of aged samples from the first cycle (2nd cycle: UV+NS), the third cycle was salt spray aging for 720h of samples initially in the virgin condition (3rd cycle: NS) and the fourth cycle was UV aging for 720h of aged samples from the third cycle (4th cycle: NS+UV). After the end of each aging cycle, the PA11, TPU and HDPE samples were submitted to the same analysis as the virgin samples for comparative purposes. In FTIR, all materials had a reduction in the intensity of the material characteristic peaks, associated with breaking chain bonds. In HDPE, there was an increase in the carbonyl index and in TPU, the formation of a new functional group (C=C stretching in alkenes), associated with oxidation of the polymeric chain, chain scission and possible crosslinking. Thermal tests showed an increase in the degradation temperature and a small change in the melting temperature of PA11 associated with plasticizer extraction; in HDPE and TPU, there was a decrease in the thermal stability of the materials after aging and no changes in the melting temperature were identified. In the tensile tests, a decrease in the modulus of elasticity was observed in PA11 and HDPE after aging, attributed to the process of scission of the polymeric chains and consequent decrease in molar mass, and in TPU, a tendency to increase tension in deformation of 300% was observed in the samples aged by UV+NS, NS and NS+UV and a tendency to increase tensile strength in samples aged by NS+UV, associated with competition between chain scission and crosslinking. From the results found in this study, it can be concluded that the material least affected by aging cycles in its chemical structure and thermally was PA11. Regarding the mechanical behavior, TPU suffered less influence in its properties compared to other materials.

Los nuevos ferrocarriles de Alta Velocidad Española (AVE) suponen, respecto a su predecesor, la línea Madrid-Sevilla, un incremento en la velocidad máxima, pasando de los 280-300 km/h de la línea original a los 350 km/h que se pretende alcanzar en los nuevos trazados. Este incremento de velocidad origina mayores solicitaciones que afectan a la superestructura de la vía y, por ello, se hace necesario un redimensionado de todos los parámetros de diseño del trazado. Entre los componentes de la superestructura se encuentra el sistema de sujeción. Este sistema está constituido por un conjunto de pequeños elementos de vía que fijan el carril a la traviesa dando continuidad estructural a la vía. El sistema de sujeción cobra mayor importancia debido a este incremento de los esfuerzos originado por el aumento de las velocidades, convirtiéndose en un elemento clave de la superestructura de vía. Esta Tesis, pretende, en primer lugar, encontrar el sistema óptimo de sujeción que se adapte a las exigencias establecidas por la administración en el "Pliego de bases para el suministro de sujeciones" para ferrocarriles de alta velocidad. En segundo lugar, una vez definido el sistema, analizar el comportamiento de la sujeción, tanto desde el punto de vista individual de cada componente, como desde el punto de vista global. Este análisis incluye la totalidad de propiedades importantes del sistema, desde las mecánicas, ya sean estáticas o dinámicas, hasta las eléctricas, pasando, entre otras, por las de durabilidad y deterioro. También, se estudiarán las posibles variaciones sufridas por estas propiedades en función de parámetros externos, como pueden ser los de carácter ambiental, e internos propios del sistema de sujeción. / The new Spanish High Speed Railways (AVE) involve, regarding its predecessor, Madrid-Seville line, an increase in the maximum speed, going from 280-300 km / h of the original line to 350 km / h that expects in the new routes. This speedup produces greater efforts that affect the superstructure of the track and, therefore, resizing of all design parameters of the track is required. The fastening system is among the components of the superstructure. This system is made up of a set of small track pieces that fasten the rail to the sleeper giving structural continuity to the track. The fastening system is becoming more important because of this greater efforts caused by the increased speeds, becoming a key element of the track superstructure. The aim of this thesis is, first, to find the optimum fastening system that well suits the requirements set by the administration in the "Terms for the supply of fasteners" for high speed railways. Secondly, this thesis, once the system has defined; analyzes the behaviour of the fastening, both from the point of view of individual component, and from a global perspective. This analysis includes all the important properties of the system, from the mechanical properties, whether static or dynamic, to the electrical properties, besides the hardness and deterioration. Also, the possible changes undergone for these properties depending of external parameters, such as the environmental measure, and own internal parameters of the fastening system were studied.

[pt] Nos últimos anos surgiram algumas alternativas para as tubulações de aço carbono que são a grande maioria no transporte de petróleo e gás, com grande destaque para os materiais poliméricos, principalmente por apresentarem baixa densidade em relação aos metais, boa resistência à corrosão e boa processabilidade. Além disso, os polímeros apresentam maior facilidade de manutenção e instalação, tornando-os economicamente viáveis. No entanto, esses materiais podem sofrer degradação quando expostos a produtos químicos e ao calor. O objetivo desse trabalho e avaliar a variação das propriedades mecânicas das poliamidas 12 e dos polietilenos de alta densidade quando envelhecidos em água durante 6 meses a temperatura ambiente e a 70 graus Celsius, tendo em vista que a temperatura de serviço desses materiais varia entre 70 a 80 graus Celsius. Para a caracterização do material foram realizados, ensaio mecânicos de tração, impacto de excitação por impulso sonoro, como a caracterização por microscopia eletrônica. Os resultados das caracterizações das amostras após envelhecimento foram comparados com os resultados obtidos dos materiais originais, de forma a percebermos que todas as amostras sofreram variações em suas propriedades mecânicas. A temperatura ambiente as amostras de PEAD sofreram um aumento em sua rigidez, aumentando sua resiliência, reduzindo sua resistência ao impacto, reduzindo também a tensão de escoamento e reduzindo seu amortecimento. Já para as amostras de PEAD envelhecidas a 70 graus Celsius houve uma redução na sua rigidez e tensão de escoamento, no entanto houve um aumento em sua resistência ao impacto e na resiliência do material. Para as poliamidas 12 envelhecidas a temperatura ambiente houve uma significativa redução na sua rigidez, na sua tensão de escoamento e tensão máxima, houve um aumento na resiliência do material coerente com um aumento da resistência ao impacto e um aumento no amolecimento. A 70 graus Celsius a poliamida 12 mostrou uma redução na sua rigidez, tensão de escoamento e tensão máxima, houve um aumento na resiliência e na resistência ao impacto, seguido de uma redução no amolecimento. Em todas as situações de envelhecimento as PEAD sofreram uma degradação na cor do material, o que não ficou tão visível para as poliamidas 12 principalmente para o envelhecimento a temperatura ambiente. Sendo assim o comportamento mecânico dos polímeros foi influenciado pela temperatura, sempre acarretando variações em suas propriedades mecânicas e dependendo da situação podendo ser mais ou menos relevante. / [en] In recent years, some alternatives have emerged for carbon steel pipelines, which are the majority in the transport of oil and gas, with a great prominence for polymeric materials, mainly due to their low metal density, good corrosion resistance and good processability. In addition, the polymers present greater ease of maintenance and installation, making them economically viable. However, such materials may be degraded when exposed to chemicals and heat. The objective of this work is to evaluate the variation of the mechanical properties of polyamides 12 and high density polyethylenes when aged in water for 6 months at ambient temperature and at 70 degrees Celsius, considering that the service temperature of these materials ranges from 70 to 80 degrees Celsius. For the characterization of the material, mechanical tests of traction, impact and excitation by sonorous impulse were carried out, such as the characterization by electron microscopy. The results of the characterization of the samples after aging were compared with the results obtained from the original materials, in order to realize that all the samples suffered variations in their mechanical properties. At ambient temperature samples of HDPE increased their stiffness, increasing their resilience, reducing their impact resistance, also reducing the yield stress and reducing their damping. However, for HDPE samples aged 70 degrees Celsius, there was a reduction in their stiffness and yield stress, however, there was an increase in their impact strength and material resilience. For polyamides 12 aged at ambient temperature there was a significant reduction in stiffness, flow stress and maximum stress, there was an increase in the resilience of the material consistent with an increase in impact strength and an increase in softening. At 70 degrees Celsius polyamide 12 showed a reduction in stiffness, yield stress and maximum stress, there was an increase in resilience and impact strength, followed by a reduction in softening. In all aging situations the HDPE suffered a degradation in the color of the material, which was not so visible for the polyamides 12 mainly for aging at ambient temperature. Thus, the mechanical behavior of the polymers was influenced by temperature, always leading to variations in their mechanical properties and depending on the situation, being more or less relevant.

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No. of bitstreams: 1 DissBDQ.pdf: 27222907 bytes, checksum: eb17b232bd0096bfa1e0fb1dd7f4bf74 (MD5) Previous issue date: 2015-10-06 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / In this study nanocomposites of polyamide-6 (PA-6) reinforced with silica nanoparticles (SiO2) were prepared in order to promote improved mechanical properties for engineering applications. The nanoparticles’ surfaces were chemically modified with the silane agent 3-aminopropyltrimethoxysilane (3- APTMS) to improve the chemical and physical interactions between them and the PA-6 matrix. Nuclear magnetic resonance analysis (NMR) and Fourier transform infrared absorption spectroscopy (FT-IR) showed that 3-APTMS grafting on nanoparticles surface was accomplished. The nanocomposites mixing process was studied in two forms: by torque rheometry, using a torque rheometer internal mixer; and in a co-rotating and intermeshing twin-screw extruder. A preliminary study of the influence of processing variables at the torque rheometer on the degradation of polyamide-6 matrix was performed. The results showed that the greater the filling volume of the mixture in the chamber and the rotational speed of the rheometer’s rotors, the lower the degradation of the polyamide-6. Based on this preliminary study, compositions with 1, 2, and 4 % weight of SiO2 nanoparticles, both unmodified and chemically modified with 3-APTMS were prepared in the torque rheometer. The nanocomposites were compression molded and it was observed that nanocomposites reinforced with 1 wt.% SiO2, both unmodified and surface-modified, presented the best tensile properties. For the nanocomposite samples processed in the twin-screw extruder, the influence of relevant variables – nanoparticle content, chemical surface modification, physical form of the fed PA-6 (granule and powder), rotational speed of screws and extruder feed rate – on mechanical, thermal, and dynamic-mechanical properties were studied. The samples were afterwards injection molded and it was observed that the samples produced using 1 wt.% surface-modified and 100% finely ground PA-6 showed the higher tensile modulus and yield strength values. / Neste estudo foram preparados nanocompósitos de poliamida 6 (PA6) reforçados com nanopartículas de sílica (SiO2), com o objetivo de promover melhoria de propriedades mecânicas para aplicações de engenharia. A superfície das nanopartículas foi modificada quimicamente com o agente silano 3-aminopropiltrimetoxisilano (3-APTMS) para melhorar as interações químicas e físicas entre elas e a matriz de PA6. Análises de ressonância magnética nuclear (RMN) e espectroscopia de absorção no infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR) mostraram que houve sucesso na funcionalização das nanopartículas com o agente silano. O processo de mistura dos nanocompósitos foi estudado de duas formas: por meio de reometria de torque em um misturador interno; e em extrusora com rosca dupla co-rotacional e interpenetrante. Um estudo preliminar da influência das variáveis de processamento no reômetro de torque sobre a degradação da poliamida 6, mostrou que quanto maior o volume de preenchimento da câmara de mistura e a velocidade de rotação dos rotores do reômetro, menor foi a degradação da poliamida 6. Com base neste estudo preliminar, foram preparadas no reômetro de torque composições com 1, 2 e 4% em massa de nanopartículas de SiO2 não modificadas e modificadas quimicamente com 3- APTMS. Os nanocompósitos obtidos foram moldados por compressão, tendo sido observado que os nanocompósitos reforçados com 1 %m. de SiO2 não modificada apresentaram as melhores propriedades mecânicas de resistência à tração e deformação na ruptura em ensaio de tração, enquanto os nanocompósitos com 1 %m. de nanosílica modificada apresentaram as melhores propriedades mecânicas de módulo elástico também no ensaio de tração. Para as amostras de nanocompósitos processadas na extrusora de rosca dupla, foram estudadas as influências do teor de nanopartículas, da modificação química superficial, da forma física da PA6 alimentada (grânulo e pó), da velocidade de rotação das roscas e da taxa de alimentação da extrusora sobre as propriedades mecânicas, térmicas e dinâmico-mecânicas. Posteriormente, os corpos de prova foram moldados por injeção e observou-se que a amostra cuja composição polimérica foi de 100% de PA6 fina e reforçada com 1 %m. de nanosílica modificada superficialmente pelo agente silano 3- APTMS apresentou os maiores valores de módulo de elasticidade e de tensão no escoamento no ensaio mecânico sob tração.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leandro Cardoso da Silva.pdf: 4262718 bytes, checksum: ac43795cdc56049895a5038a95097702 (MD5) Previous issue date: 2014-01-27 / Mounts are considered structural parts. Generally, mounts utilize metals such as aluminum and steel. These metals have high fatigue strength and its degradation temperature transmitted by the engines is very small. This work aimed to study the replacement of the aluminum mounts engine by glass fiber reinforced polyamide composite in order to reduce the mass. Polyamide reinforced with fiberglass is the choice that offers the best compromise of a recyclable material, with adequate thermal and fatigue resistance. The composite used was the commercial polyamide PA66 with 0%, 30%, 35%, 50% glass fiber. This study will focus mainly on the fatigue properties of the composite at temperatures of engine operation. The fatigue tests of the composite with glass fiber additions were performed on flexure specimens at 120°C. The fatigue behavior of the composite was analyzed using the staircase method. The results obtained in fatigue tests showed that the polyamide with 50% glass fiber has the lowest deflection. The observations of the fracture surfaces of the tested specimens were made by Scanning Electron Microscopy (SEM). These observations by SEM showed an excellent adhesion of glass fiber in the polyamide. Analyzes will also be conducted by simulation using the Finite Element Method (FEM) from fatigue results and the conditions of use of the component. The comparison by the FEM of the mounts manufactured of glass fiber reinforced polyamide composite and of aluminum alloy indicated similar results with respect to stress levels. The fatigue tests results and of the simulation by finite element method showed a good possibility of substitution of the aluminum alloy by glass fiber reinforced polyamide composite in the mounts, with a reduction in weight of 0.2 kg (32%). / Os coxins são considerados dentro das classificações automobilísticas como peças estruturais. Geralmente, os coxins utilizam metais como o alumínio e o aço em seus suportes. Esses metais oferecem grande resistência à fadiga e sua degradação na temperatura transmitida pelos motores é muito pequena. Devido à necessidade de diminuir a massa e reduzir o custo, este trabalho teve como objetivo estudar a substituição do suporte de alumínio do coxim do motor pelo compósito de poliamida reforçado com fibra de vidro. O compósito de poliamida é a escolha que melhor oferece o compromisso de um material reciclável, com resistência térmica e à fadiga, devido às suas propriedades mecânicas serem comparáveis às do alumínio. O compósito utilizado foi à poliamida comercial PA 6.6 com 0%, 30%, 35%, 50% de fibra de vidro. Este estudo focará principalmente nas propriedades em fadiga do compósito nas temperaturas de trabalho e nas análises de simulação decorrentes das propriedades obtidas e das condições de utilização do componente. Os ensaios de fadiga do compósito de poliamida com adições de porcentagens variadas de fibra de vidro foram executados em corpos de prova do tipo de flexão a 120°C. O comportamento em fadiga do compósito foi analisado utilizando-se o método staircase. As observações das superfícies de fratura dos corpos de prova ensaiados foram feitas por microscopia eletrônica de varredura e evidenciaram a excelente aderência da poliamida na fibra de vidro. Os resultados obtidos nos ensaios de fadiga, esforços máximos e esforços excepcionais permitiram concluir que o compósito de poliamida com 50% de fibra de vidro apresenta a menor deflexão. A comparação pelo Método de Elementos Finitos do suporte do coxim do motor em compósito de poliamida com reforço de fibra de vidro e da liga de alumínio indicou, de uma maneira geral, resultados similares com relação aos níveis de tensão. Contudo, os valores de deflexão apresentaram valores sistematicamente maiores no compósito. Os resultados dos ensaios mostram um bom comportamento do compósito de poliamida, dando indícios sobre a viabilidade de utilização na substituição da liga de alumínio, com uma redução em massa de 0,2 kg (32%).