Orientador: Aldo Eloizo Job / Banca: Sílvio Rainho Teixeira / Banca: Francisco Eduardo Gontijo Guimarães / Banca: Marcelo Mulato / Banca: Anderson Rodrigues Lima Caires / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Compósitos condutores são materiais preparados para combinar as propriedades físicas dos polímeros com partículas condutivas. Neste trabalho, são apresentadas a preparação e caracterização de compósitos condutores contendo borracha natural (BN), raspa de couro (RC) e negro de fumo (NF). As Amostras foram conformadas em diferentes percentuais em massa dos constituintes BN, RC e NF: 38/60/2.0; 37.5/60/2.5; 37/60/3.0 e 36.5/60/3.5, respectivamente, aplicando uma pressão de 12 toneladas durante o 5 minutos à temperatura de 160°C, resultando em membranas com boa qualidade e com a espessura desejada. Os compósitos BN/RC/NF foram caracterizados por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM), espectroscopia Raman e infravermelho, termogravimetria (TG), calorimetria exploratória de varredura (DSC), análise dinâmico mecânica (DMA), testes mecânicos (Tensão versus deformação) e medidas de condutividade elétrica. A presença do NF no compósitos BN/ RC/NF, promoveu uma condutividade elétrica da ordem de 1.5x10-3 S.cm-1. Os ensaios mecânicos mostram que o compósito BN/RC/NF possui propriedades físicas intermediárias entre as membranas de BN e o couro. Verificou-se que as membranas do compósito BN/RC/NF são de baixo custo, e podem ser facilmente preparadas. Estes compósitos apresentaram boa estabilidade térmica, adequadas propriedade mecânica e condutividade elétrica, e são apropriadas para produzir luvas, mantas e pisos antiestáticos. Além disso, o compósito BN/RC/NF são obtidos a partir de resíduos de curtumes de couro contribuindo para a redução de um problema ambiental. / Abstract: Conductive composites are materials prepared combining the physical properties of polymers and conductive particles. In this work the preparation and characterization of conducting composites containing natural rubber (NR), leather residue (LR) and carbon black (CB) are presented. Samples were conformed in different percentages of mass of the NR, LR and CB constituents: 38/60/2.0; 37.5/60/2.5; 37/60/3.0 and 36.5/60/3.5, respectively, applying a pressure of 12 tons during 5 minutes at the temperature of 160°C, resulting in membranes with good quality and with the desired thickness. The NR/LR/CB composites were characterized using optical microscopy (OM), scanning electronic microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Raman and infrared spectroscopy, thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), mechanical test (stress vs. strain) and he electric conductivity measurements. The presence of the CB in composites NR/LR/CB provided an electric conductivity of the order of 1.5x10-3 S.cm-1. Mechanical tests show that the NR/LR/CB composites have intermediate properties between the membranes of NR and the leather. It was found that NR/LR/CB membranes can be easily prepared with very low cost. They presented good thermal stability, adequate mechanical and electric conductivity properties that are appropriate to produce gloves, blankets and antistatic floors. In addition, the NR/LR/CB composites are obtained from leather residues from tanneries contributing for the reduction of an environmental problem. / Doutor

Cada vez mais a preocupação com o meio ambiente tem estimulado o uso de polímeros biodegradáveis em substituição aos sintéticos, esses inertes à degradação em diferentes meios. As propriedades dos polímeros biodegradáveis podem ser melhoradas com o uso de fibras como reforço, na forma de compósitos, e a interação matriz/fibra pode ser melhorada com o emprego de agentes de acoplamento. Estudos de compósitos que utilizam polímeros biodegradáveis e fibras naturais tem despertado o interesse acadêmico e tecnológico por apresentar características desejáveis para determinadas aplicações, e pós-uso, biodegradar. Como desafio, este estudo propõe o desenvolvimento e a caracterização mecânica, térmica e morfológica de compósitos utilizando o poli(ácido lático)(PLA), fibra de buriti e triacetin como agente de acoplamento. Para o desenvolvimento dos compósitos, as fibras de buriti foram utilizadas na condição moída e cortada nos tamanhos de 2,5, 5,0 e 7,5 cm, com o emprego 20% em massa de fibra, sendo posteriormente testadas nas concentrações de 10 e 30% em massa. O triacetin foi avaliado nos compósitos nas concentrações de 2,5 e 5,0% em massa. Os compósitos foram processados em duas extrusoras, monorosca e duplarosca, sendo os corpos de prova produzidos por injeção e compressão. Os resultados foram avaliados pelas propriedades mecânicas de resistência à tração, à flexão, morfológicas por microscopia electrônica de varredura (MEV) e otica (MO), térmicas por termogravimétrica (TGA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) e, químicas por espectroscopia do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). O teor ótimo entre condição e concentração de fibra bem como de agente foi testado em dois ambientes distintos, solo simulado e ambiente marinho simulado, com o objetivo de avaliar a degradação biológica dos desenvolvimentos. Em relação aos diferentes comprimentos testados de fibra de buriti, não constatou-se diferenças nas propriedades mecânicas e térmicas, sendo as propriedades e dimensões finais das fibras semelhantes aos resultados da fibra moída. As propriedades mecânicas dos compósitos com 30% de fibra de buriti mostraram-se semelhantes as do PLA virgem, resultados atribuídos ao teor de fibra e a interação obtida entre a fibra/matriz usando 5% em massa de triacetin, maior percentual testado. Com relação às propriedades térmicas, observou-se que a presença da fibra de buriti diminui a estabilidade térmica dos compósitos, porém aumenta a cristalinidade. A exposição do compósito com 30% de fibra de buriti e 5% de triacetin apresesentou comportamento distinto nos dois ambientes de degradação em que foi testado. Os ambientes de degradação propostos propiciaram alterações fisicas, químicas, térmicas e morfológicas nos compósitos, possibilitando concluir que após a análise dos resultados de índice de cristalinidade, índice de carbonila, massa residual e morfologia, para 60 dias de exposição, a fibra de buriti e o triacetin favorecem a degradação biológica do PLA, promovendo a hidrólise do mesmo em tempos inferiores aos do PLA virgem, sendo a hidrólise mais acentuada no ambiente marinho simulado, nas composições, dimensões e meios específicos deste estudo. Por fim, conclui-se que o emprego de compósitos de polímeros biodegradáveis com fibras de origem natural, neste estudo PLA/buriti, em substituição a polímeros inertes a degradação é viável do ponto de vista técnico e ambiental. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-07-10T17:28:24Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Vanessa Cristina Brambilla.pdf: 6489766 bytes, checksum: 0018e3618fc26504150952f4409d8706 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-10T17:28:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Vanessa Cristina Brambilla.pdf: 6489766 bytes, checksum: 0018e3618fc26504150952f4409d8706 (MD5) / Nowadays, preoccupation with the environment has stimulated the use of biodegradable polymers substituting the synthetic ones, which are harder to degrade under different conditions. However, the properties of the biodegradable polymers can be improved by using fibers as reinforcement, in the form of composites and the interaction of matrix/fiber can be improved using agents of coupling. Studies about composites that use biodegradable polymers and natural fibers has attracted the academic and technological interest showing desirable characteristics for some applications and, post use, they biodegrade. As a challenge, the present study offers the development and the mechanical, thermic and morphological characterization of composites using the poly(lactic acid) (PLA), buriti fiber and triacetin as coupling agents. For the composites development, the buriti fibers were grounded and cut in sizes of 2,5; 5,0 and 7,5 cm mass with the use of 20% fiber mass, being after tested in concentration of 10 and 30 % mass. The triacetin was valued in the composites with concentrations of 10 and 30% mass. The composites were processed in two extruders, single and double screw. The specimens were produced by injection and compression. The results of this study were valued by the mechanic properties for tensile and flexural strength, morphological by scanning electron microscopy (SEM), thermal by thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC), and chemical by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The fine content between condition and concentration of good fiber and the agent fiber was tested in two different environments, simulated soil and marine simulated soil, with the purpose of evaluating the biological degradation of the developments. In relation to the different lengths of buriti fiber tested, it was not observed differences in the mechanical and thermal properties, being the final fiber properties and dimensions similar to the results of the ground fiber. The mechanical properties of the composites with 30% of buriti fiber, appeared similar to those of the PLA virgin, these results were assigned to the fiber content and the interaction obtained between the matrix fiber using 5% in triacetin mass, the largest percentage tested. Related to the thermal properties, it was observed that the presence of buriti fiber decreases the thermal stability of the composites, but it increases the crystallinit. The exposition of the composite with 30% buriti fiber and 5% of triacetin showed different behavior in the two environment degradation it was tested. The proposed degradation environments made physical, chemical, thermal and morphological modifications in the composites, enabling to conclude that after the analysis of the results of the crystallinit , index of carbonila, residual mass and morphology, for 60 days of exposition, the buriti fiber and the triacetin improved the PLA biological degradation, making its hydrolysis in less time than the PLA virgin, being the hydrolysis more accented in the simulated marine environment, in the compositions, dimensions and specific means of this study. At last, we come to the conclusion that the use of composites of biodegradable polymers with natural fibers, in this study PLA/ buriti, substituting inert to degradation polymers is technically and environmental viable.

Materiais poliméricos que possuam boas propriedades mecânicas aliadas à flexibilidade são requisitos para atender novas necessidades da indústria. Tais necessidades podem ser atingidas com a produção de elastômeros termoplásticos vulcanizados/reticulados dinamicamente (TPVs). Os TPVs são produzidos normalmente a partir de misturas imiscíveis entre polímeros. Neste trabalho, foi avaliada a produção de TPVs a partir da poliamida 6-12 (PA6-12) e o copolímero randômico de etileno e acetato de vinila (EVA) utilizando peróxido de dicumila (DCP) como agente reticulante (1, 4 e 8 phr na fase elastomérica) preparadas em misturador fechado. As misturas foram processadas utilizando a proporção mássica de PA6-12/EVA de 50/50 em reômetro de torque (120 rpm, 15 min e 200ºC). A adição de maiores quantidades de DCP nas amostras de PA6-12/EVA resultou no aumento de torque estabilizado, e taxa de aumento de torque em virtude da formação de ligações cruzadas, com teor de gel 2,6 a 17%. A mistura de PA 6-12/EVA 50/50 possui ~99% de fases interconectadas. Em menores proporções de EVA há formação de morfologia de fases dispersas com tamanhos de 0,64 a 1,57μm. Para o sistema reticulado dinamicamente, a morfologia mostrou ser dependente da adição de DCP, devido à redução da mobilidade da fase EVA. Este sistema possui uma morfologia com contornos bem definidos e uma espessura interfacial entre 7,3-7,7 nm. A ação das forças mecânicas durante o processamento resultou na fragmentação parcial da fase EVA. A imiscibilidade do sistema foi constatada através de análises de DMTA pela presença de duas transições vítreas, correspondentes aos polímeros puros e também por meio da variação de tensão interfacial do sistema, com valor de 4,62 mN/m. Quanto à cristalinidade, não há praticamente alteração neste índice, entretanto foi notado um aumento no período longo lamelar (Lp) que esta relacionado com o incremento de fração amorfa do sistema. Isso ocorrem em virtude das cadeias de EVA estarem localizadas junto com porção amorfa da PA 6-12 devido à presença de interações secundárias entre os grupos acetato e amida. A reticulação dinâmica do sistema PA6-12/EVA aumentou a dureza do sistema, no entanto não foi capaz de promover aumentos em propriedades mecânicas, assim como melhorias na recuperação elástica em virtude da formação de uma morfologia de fases com fragmentação parcial do EVA. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-02-11T12:37:56Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabricio Bondan.pdf: 8945414 bytes, checksum: fa1ca7a658e38621e0b6ca94c8f91b73 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-11T12:37:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fabricio Bondan.pdf: 8945414 bytes, checksum: fa1ca7a658e38621e0b6ca94c8f91b73 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul / Polymeric materials having good mechanical properties combined with flexibility are requirements to meet changing needs of the industry. These requirements can be met with the production of dynamically vulcanized/crosslinked elastomers (TPVs). TPVs are generally produced from blends between immiscible polymers. In this study, was evaluated the production of TPVs from polyamide 6-12 (PA-612) and random copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA) using dicumyl peroxide (DCP) as crosslinking agent (1, 4 and 8 phr in relation to the elastomeric phase) prepared in a batch mixer. The polymer blends were processed using the PA6-12/EVA 50/50 wt. %/wt.% in a torque rheometer (120 rpm, 15 min and 200 °C). The addition of higher DCP contents in the blends results in increase of the stabilized torque values, torque rate due to the crosslink formation, which results in a gel contents from 2,6 to 17 wt.%. The blend PA 6-12/EVA 50/50 has ~99% of interconnected phase, for the blends with in smaller EVA contents are formed disperse phase morphology with sizes from 0.64 to 1.57 μm. For the polymers systems dynamically crosslinked, the morphology was dependent on DCP addition, due to reduced mobility of the EVA phase. This system has morphology with well-defined contours and an interfacial thickness of 7.3-7.6 nm. The mechanical forces action during melt processing resulted in partial fragmentation of the EVA phase. The PA6-12/EVA blends are immiscible, since the DMTA experiments two glass transitions were observed, characteristics of each pure polymer, and also by the interfacial tension value of the system (4.62 mN/m). The crystallinity index remains constant for blends, however, an increase was observed in the lamellar long period (Lp), this effect associated with the increase of the amorphous fraction of the system. This occurs because the EVA chains being located adjacent to the amorphous portion of PA 6-12 due to the presence of secondary interactions between amide and acetate groups. The dynamic crosslinking of the PA612/EVA system, results in increases of the stiffness, on the other hand not able to promote increases in mechanical properties as well as improvement in elastic recovery due to the formation of phase morphology with partial fragmentation of the EVA.

Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento, avaliação e caracterização de compósitos com matriz polimérica de polietileno de alta densidade (HDPE) e com madeira de Pinus taeda, alumina calcinada e agentes compatibilizantes. Foram desenvolvidos compósitos com um ou dois componentes incorporados à matriz polimérica e realizada a análise das propriedades mecânicas, morfológicas, dinâmico-mecânicas e térmicas destes compósitos. Preliminarmente foram desenvolvidas vinte e seis formulações com granulometrias diversas para suas cargas, percentuais de pó de madeira variados e dois tipos de agentes compatibilizantes. Após ensaios mecânicos realizados com estas vinte e seis formulações elegeram-se as que apresentaram os maiores valores para a propriedade de resistência a flexão e deu-se continuidade ao restante dos ensaios. Utilizou-se o processo de extrusão para obtenção de pellet's homogeneizados dos compósitos e moldou-se os corpos de prova em processo de injeção. Os resultados diferenciados para as propriedades mecânicas foram obtidos com as composições com o percentual maior de madeira e dois componentes simultaneamente, sendo que o compósito PE24M4A2MA (70% HDPE, 24% madeira, 4% alumina, 2% HDPE-g-MA) apresentou valores superiores ao do HDPE puro em 41% na resistência à tração e 101% na resistência à flexão, e a composição PE19M9A2MA (70% HDPE, 19% madeira, 9% alumina, 2% HDPE-g-MA) apresentou valores superiores ao do HDPE puro em 34,6% na resistência à tração e 81,30% na resistência à flexão. Nas micrografias observou-se a interação entre a carga vegetal e a matriz polimérica, e a interação parcial da carga mineral e a matriz. Para os módulos de armazenamento e de perda das propriedades dinâmico-mecânicas os resultados superiores também foram obtidos com os compósitos com maior teor de carga vegetal, sendo que o compósito PE24M4A2MA permitiu a obtenção do maior módulo de armazenamento e de perda nas regiões e em comparação com o HDPE e os outros compósitos. A viscosidade do material tendeu a aumentar com a incorporação de cargas, tanto vegetal quanto mineral durante o processo de extrusão e no ensaio de reologia, sendo que os compósitos com maior teor de madeira apresentaram maior viscosidade, provavelmente devido à interação mais efetiva do pó de Pinus taeda com a matriz polimérica. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-09-14T14:24:50Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Karine Grison.pdf: 2981635 bytes, checksum: f54bb79e364f709485a4d8478b814b72 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-09-14T14:24:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Karine Grison.pdf: 2981635 bytes, checksum: f54bb79e364f709485a4d8478b814b72 (MD5) / This work aimed at the development, evaluation and characterization of polymer matrix composites with high density polyethylene (HDPE) and wood of Pinus taeda, calcined alumina and compatibilizers. Composites have been developed with one or two components incorporated into the polymer matrix and conducted the analysis of the mechanical, morphological, dynamicmechanical and thermal properties of these composites. Preliminarily been developed twenty-six formulations with different granulometry to their loads, varying percentages of wood flour and two types of coupling agents. After mechanical tests with these twenty-six formulations were elected those who had the highest values for bending resistance property and was continued with the rest of the tests. We used the extrusion process to obtain pellet homogenized's composites and molded into test specimens injection process. The different results for mechanical properties were obtained for compositions with higher percentage of wood and two components simultaneously, and that the composite PE24M4A2MA (70% HDPE, 24% wood, 4% alumina, 2% HDPE-g-MA) had values higher than the pure HDPE by 41% in tensile strength and 101% in flexural strength, and PE19M9A2MA composition (70% HDPE, 19% wood, 9% alumina, 2% HDPE-g-MA) was higher for the HDPE pure at 34.6% in tensile strength and 81.30% in flexural strength. All micrographs observed interaction between natural charge and the polymer matrix, and partial interaction of filler and matrix. For the storage modulus and loss of dynamic mechanical properties superior results were also obtained with the composites with higher vegetable filler content, wherein the composite PE24M4A2MA afforded the highest storage modulus and the loss in the regions and compared with HDPE and other composites. The viscosity of the material tended to increase with the incorporation of fillers, both natural and mineral during the extrusion process and the rheology test, and wood composites with higher content showed higher viscosity, probably due to more effective interaction of powder Pinus taeda with the polymeric matrix.

A busca por materiais provenientes de matérias-primas renováveis e de baixo impacto ambiental é um dos campos que mais atrai pesquisadores na área da engenharia. A necessidade de substituir materiais oriundos de fontes não sustentáveis, tais como o petróleo, é o principal fator que motiva os estudos nessa área. Um dos materiais mais promissores nesse campo é a celulose, biomassa mais abundante no planeta. A celulose pode ser obtida de fontes naturais, mas também é descartada pelas indústrias moveleira e papeleira. É necessário dar um destino a esse resíduo, e a sua transformação em nanocelulose é uma das alternativas. A aplicação da nanocelulose em compósitos é muito visada, pois estes materiais podem oferecer uma série de vantagens: boas propriedades óticas e mecânicas, estabilidade dimensional e reciclabilidade. Assim, o presente estudo tem como objetivo obter celulose nanofibrilada (CNF) a partir de resíduos de celulose não branqueada de Pinus sp. (CNF-P) e de celulose branqueada de Eucalyptus sp. (CNF-E), e avaliar as propriedades físicas, térmicas e dinâmico-mecânicas dos compósitos CNF/resina poliéster. Os resíduos de celulose foram moídos em moinho Masuko MKCA 6-2 (3% m/v). Foi feita troca de solvente para álcool 96 °GL, e a suspensão foi seca em extrator supercrítico. As CNFs obtidas foram dispersas em resina poliéster utilizando agitação mecânica nas concentrações de 0,5%, 1% e 2%. Os compósitos foram preparados por casting de resina. Foi avaliada a composição química da polpa de celulose, e foi realizada caracterização da celulose de origem e das CNFs obtidas através de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, análise termogravimétrica, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura. Os compósitos foram avaliados quanto às suas propriedades físicas, dinâmico-mecânicas e termomecânicas . Foram obtidas nanofibras de celulose com diâmetro médio de 70-90 nm e densidade aproximada de 0,3 g/cm³. A celulose de Pinus sp. e a celulose de Eucalyptus sp. tiveram percentual de α-celulose de 72,7% e 92,6%, respectivamente. A composição química das CNFs não foi alterada durante os processos de micronização e de secagem supercrítica. A cristalinidade das CNFs obtidas diminui após a moagem. A densidade dos compósitos não foi alterada. O compósito CNF-E-1% teve menor absorção de água, próxima aos valores da resina pura. O módulo de armazenamento dos compósitos foi mais elevado para o compósito CNF-E-2%. Na análise do módulo de perda, todos os compósitos dissiparam mais energia em relação à resina pura, evidenciando boa interação na interface fibra/matriz. A temperatura de transição vítrea não foi alterada significativamente. A energia de ativação na transição-alfa aumentou no compósito CNF-E-1%, indicando melhor interação na interface. O menor coeficiente de expansão térmica foi encontrado para o compósito CNF-E-1%, cujo valor foi 60% menor do que o da resina pura na temperatura de 130 °C. De modo geral, as fibras branqueadas de Eucalyptus sp. mostraram ser uma alternativa melhor e mais eficiente para obtenção de CNFs, possibilitando a obtenção de compósitos com melhores propriedades dinâmico e termomecânicas. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2015-11-24T15:13:56Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Alessandra Lavoratti.pdf: 4893168 bytes, checksum: 90e8de6bcc08aab95b298b09ba1c693b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-24T15:13:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Alessandra Lavoratti.pdf: 4893168 bytes, checksum: 90e8de6bcc08aab95b298b09ba1c693b (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS. / The search for low-impact, renewable materials is a recent research topic. The need to substitute materials from non-renewable sources is one of the main motivations for such studies in this area. In this context, one of the most promising materials is cellulose, the most abundant biomass on Earth. Cellulose can be obtained from many natural sources, but it is also largely discarded by the paper and wood industry. As such, it is necessary to give these residues a proper destination, and the processing of cellulose waste into nanocellulose is one of the alternatives. The application of nanocellulose in composites is greatly studied, as these materials have many advantages, such as good optical and mechanical properties, weight reduction and recyclability. The present study aims to enable low-cost production of cellulose nanofibers (CNF) from Pinus sp. (CNF-P) and Eucalyptus sp. (CNF-E) cellulose waste, and to evaluate the physical, thermal and dynamic-mechanical properties of polyester resin/nanocellulose composites. Cellulose waste was ground in water (3% wt per volume) in a Masuko MKCA 6-2 grinder at 2,500 rpm until gel was formed. Solvent exchange steps to ethanol 96 °GL were performed, and the gel suspension was dried in a supercritical dryer, using carbon dioxide as supercritical fluid. The obtained nanofibers were dispersed in polyester resin in concentrations of 0.5, 1 and 2 wt%. The samples were prepared by resin casting into rubber silicone molds, and cured in situ at 25 °C for 24 h. Two post-curing steps were performed: 6 h at 80 °C and 2 h at 120 °C. The CNFs were evaluated on their chemical composition and density. Thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy with Fourier transform (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and and field emission gun scanning electron microscopy (FEG-SEM) were also performed. Composite samples were evaluated on their density and water absorption. The dynamic mechanical analysis (DMTA) of the composites was performed at different frequencies. Thermal mechanical analysis was used to evaluate the coefficient of thermal expansion of the composites. Low-density (aproximately 0.3 g/cm³) CNFs with a mean diameter of 70-90 nm were succesfully obtained. The chemical composition of the cellulose waste revealed that both have a high initial cellulose content of 72.7 % for unbleached Pinus sp. and 92.6% for bleached Eucalyptus sp. The overall chemical composition of the original cellulose and the obtained CNFs evaluated by FTIR was not changed. CNFs were less thermally stable than the cellulose waste. The crystallinity index of CNFs reduced after grinding. Density of the composites was not altered. Water absorption tests revealed that the CNF-E-1% composite had the lowest values, close to that of the neat resin. The storage modulus obtained by DMTA was the highest for CNF-E-2%. Loss modulus was higher for all composites in comparison with the neat resin, evidencing interactions in the fiber/matrix interface. Glass transition temperature was not significantly altered. The activation energy of the alpha transition was the highest for CNF-E-1%, which may denote better interaction at the fiber/matrix interface. The lowest thermal expansion values were found for CNF-E composites, and the CNF-E-1% composite had a CTE 60% lower than neat resin at 130 °C. Overall, bleached Eucalyptus sp. was found to be a more efficient source of CNFs in this study, yielding the best dynamic mechanical and thermal properties.

Submitted by Samia Danuta Brejão de Souza (samiadanuta@hotmail.com) on 2017-08-24T14:54:43Z No. of bitstreams: 1 SAMIA DANUTA BREJÃO DE SOUZA.pdf: 15119092 bytes, checksum: 553f3ba854894e3d3edb99ad390a74f0 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-08-25T14:43:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 souza_sdb_dr_guara.pdf: 15119092 bytes, checksum: 553f3ba854894e3d3edb99ad390a74f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-25T14:43:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 souza_sdb_dr_guara.pdf: 15119092 bytes, checksum: 553f3ba854894e3d3edb99ad390a74f0 (MD5) Previous issue date: 2017-08-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos poliméricos avançados tem como uma de suas funções a união de materiais que combinem características tais como elevada resistência mecânica e rigidez aliadas à baixa massa específica. Um dos principais problemas da utilização de compósitos poliméricos em aplicações estruturais consiste em sua união efetiva para a integração de componentes. Neste sentido, estudos recentes mostram que as técnicas de soldagem por resistência elétrica e indução são processos promissores para a união de compósitos estruturais, por serem métodos rápidos e por ambos necessitarem de pouca preparação de superfície. Este trabalho objetiva avaliar os melhores parâmetros das soldagens por resistência elétrica e indução para laminados PEEK (poli(éter-éter-cetona)) reforçados com fibras de carbono visando aplicações aeronáuticas. Para esta finalidade, para a soldagem por resistência elétrica são avaliados os parâmetros mais adequados, por meio de controle estatístico de processos, envolvendo o tempo, a corrente elétrica e a pressão e três diferentes tipos de elementos resistivos (300 s, 32 A e 1,5 MPa). Já para a soldagem por indução os parâmetros avaliados são o tempo, a corrente e a pressão, porém, somente o tempo e a carga são utilizados para o controle estatístico (a corrente não é variável) (50 s, 150 N). Os laminados soldados foram condicionados em câmaras de radiação ultravioleta (UV), higrotérmica e salina, objetivando simular condições de voo, e após estes condicionamentos, foram caracterizados a partir de ensaios mecânicos (Lap Shear, Cisalhamento Iosipescu, End Notched Flexure, Compression Shear Test), análises térmicas (análise dinâmico-mecânica e análise termogravimétrica), e análises morfológicas das fraturas advindas dos ensaios mecânicos a partir das microscopias eletrônica de varredura (MEV) e óptica (MO). A partir dos resultados encontrados foi observado que apesar do valor da tensão de Lap Shear ter sido maior para a soldagem por indução (24,8 ± 7,0) MPa em relação à soldagem por resistência elétrica (15,82 ± 3,53) MPa, os valores das tensões de resistência das propriedades mecânicas foram superiores para a soldagem por resistência elétrica. Por exemplo, para o ensaio de ENF, a tensão máxima de cisalhamento para a resistência elétrica foi de (341,9 ± 55,9) MPa e para a indução foi de (92,6 ± 17,7) MPa. Desta forma conclui-se que, considerando os parâmetros de processo utilizados neste trabalho, tanto a soldagem por resistência elétrica quanto a soldagem por indução são promissoras para a união de compósitos PEEK/fibras de carbono para aplicações aeronáuticas. / The development of advanced polymer composite technology has as one of its functions the joining of materials that combine characteristics such as high mechanical strength and stiffness allied to low specific mass. One of the main problems of the use of polymer composites in structural applications is their effective union for the integration of components. In this sense, recent studies show that welding techniques by electric resistance and induction are promising processes for the union of structural composites, because they are fast methods and both require little surface preparation. This work aims to evaluate the best welding parameters by electric resistance and induction for PEEK (poly(ether-ether-ketone)) laminates reinforced with carbon fibers for aeronautical applications. For this purpose, for resistance welding, the most suitable parameters are evaluated by statistical process control, involving time, electric current and pressure and three several types of resistive elements (300 s, 32 A e 1,5 MPa). For induction welding, the parameters evaluated are time, current and pressure. However, only time and pressure are used for statistical control (current is not variable) (50 s, 150 N). The welded laminates were conditioned in UV, hygrothermal and salt spray chambers, in order to simulate flight conditions, and after these conditions, were characterized in mechanical tests (Lap Shear, Iosipescu, End Notched Flexure and Compression Shear Test), thermal analysis (DMA and TMA) and morphological analysis of fractures from mechanical tests using scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy (OM). In this work, the mechanical properties of the fractions were evaluated. From the results obtained it was observed that although the value of Lap Shear tensile strength was higher for induction welding (24.8 ± 7.0 MPa) in relation to resistance welding (15.82 ± 3.53 MPa), the tensile values of the mechanical properties were higher for resistance welding. For example, for the ENF test, the Average maximum shear stress for the strength was (341.9 ± 55.9) MPa and for the induction was (92.6 ± 17.7) MPa. This was, it can be concluded that considering the parameters processing used, the resistance welding and induction welding are promising for the composites joint of PEEK/carbon fiber for aeronautical application. / FAPESP: 2013/13214-9 / FAPESP: 2016/07586-9

Resumo: As resinas polibenzoxazinas constituem uma nova classe de resinas fenólicas termorrígidas que surgiram nas últimas décadas, superando as propriedades das tradicionais resinas epóxi e fenólicas aplicadas na indústria aeroespacial. A incorporação de baixa concentração em massa de nanotubo de carbono (NTC) em matrizes poliméricas pode produzir materiais estruturais com propriedades superiores. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo a preparação de compósitos nanoestruturados de resina benzoxazina/NTC, bem como o estudo da cinética de cura da resina benzoxazina e de seus compósitos nanoestruturados. Além disso, objetiva-se, ainda, a caracterização térmica da resina benzoxazina curada e de seus compósitos nanoestruturados também curados pelo mesmo ciclo de cura. O estudo da cinética de cura foi realizado por meio da técnica de calorimetria exploratória diferencial (DSC) sob condições não-isotérmicas (dinâmicas). A caracterização térmica foi realizada por meio do uso de termogravimetria, da análise dinâmico-mecânica, da análise termomecânica, do DSC e por análises de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e microscopia eletrônica de varredura. A partir destas análises, concluiu-se, de maneira geral, que os nanotubos de carbono agem como catalisadores da cura da matriz de benzoxazina sem afetar suas temperaturas iniciais e finais de polimerização. A adição de NTC não modifica a estabilidade térmica da resina benzoxazina e nem a temperatura de transição vítrea (Tg) dos compósitos nanoestruturados, com exceção da adição de 0,1% em massa de NTC na matriz polimérica que gera um aumento na Tg / Abstract: Polibenzoxazine resins are a new class of thermosetting phenolic resins that have emerged in recent decades, overcoming the traditional properties of epoxy and phenolic resins applied in the aerospace industry. The addition of small amount of carbon nanotube in polymeric matrices can produce superior structural materials. Thus, this work aims to prepare nanostructured composite benzoxazine resin/NTC as well the study of the cure kinetic of neat benzoxazine resin and their nanostructured composites produced. Moreover, the objective is also the thermal characterization of cured neat benzoxazine resin and their composites nanostructured also cured by the same cure cycle. The study of cure kinetics was performed using the technique of differential scanning calorimetry (DSC) under non-isothermal (dynamic). The thermal characterization was performed by using thermogravimetry, dynamic mechanical analysis, thermomechanical analysis, DSC analysis and infrared spectroscopy with Fourier transformed and scanning electron microscopy. From these tests, it can be concluded, in general, that the carbon nanotubes act as catalysts for curing the benzoxazine matrix without affecting the initial and final temperatures of polymerization. The addition of CNT does not change neither the thermal stability of the benzoxazine resin nor the glass transition temperature (Tg) of nanostructured composites, except for the addition of 0.1 wt% of CNT in polymer matrix that generates a slight increase in Tg / Orientador: Michelle Leali Costa / Coorientador: Edson Cocchieri Botelho / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: José Maria Fernandes Marlet / Mestre

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

Orientador: Edson Cocchieri Botelho / Coorientador: Pedro Carlos de Oliveira / Banca: Geraldo Mauricio Cândido / Banca: Evandro Luis Nohara / Banca: Gerson Marinucci / Banca: Sandro Campos Amico / Resumo: Durante o século XX os materiais compósitos estruturais receberam especial atenção dos pesquisadores, o que levou a uma rápida evolução tecnológica acarretando uma intensa procura e posterior obtenção de materiais com características mecânicas cada vez mais elevadas, principalmente no que diz respeito ao módulo de elasticidade e a resistência mecânica. Dessa forma, os materiais tradicionalmente aplicados em engenharia aeroespacial, como o aço e o alumínio entre outros, vêm sendo substituídos por uma nova classe de materiais denominada materiais compósitos, em particular os de matrizes poliméricas reforçadas com fibras contínuas, em resposta à impossibilidade de aumento de resistência e tenacidade nos materiais homogêneos associado a redução de massa específica. Entretanto, devido às aeronaves operarem em uma grande variedade de condições ambientais tais como: ar frio e seco, em condições quentes e úmidas e diferentes gradientes de temperatura, estas condições adversas sempre devem ser consideradas na utilização de materiais aeronáuticos. Portanto, torna-se extremamente importante a avaliação da resistência às intempéries por parte dos materiais a serem selecionados para aplicações estruturais, principalmente em estruturas primárias. Dentro desse contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a influência da temperatura e umidade em laminados de aplicação aeronáutica (PPS/fibras de carbono e epóxi/fibras de carbono), a partir da exposição desses materiais a ambientes agressivos (câmaras higrotérmica, de ciclagem térmica e de choque térmico) e, posteriormente, estudar a degradação das suas propriedades mecânicas por meio de ensaios de tração, compressão e cisalhamento interlaminar e das suas propriedades térmicas utilizando-se das técnicas de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: During the 20th century the structural composites received special attention of the researchers leading to the very fast technological development of such materials. This way, occurred the preparation of materials with good mechanical properties, mainly concerning high mechanical strength and stiffness. So, the materials usually applied in aeronautical engineering, as steel and aluminium among others, have been substituted by a new class of materials, named composite materials, particularly polymeric matrix reinforced with continuous fibers answering the difficulty in increasing of mechanical strength and toughness in the homogeneous materials. Therefore, because the aircraft are always operating under different environment conditions such as dry and cold air, warm and wet conditions and large cyclical variations of temperature, these conditions have to be taken into consideration in the utilization of the aeronautical materials. However, it is extremely important the evaluation of the resistance of the materials to the intemperate weather to be selected for structural applications, mainly as primary structures. In this context the aim of this work was the evaluation the influence of intemperate weather in the laminates of aeronautical application (PPS/carbon fiber and epoxy/carbon fiber), submitting these materials to aggressive environment and study the degradation of their mechanical properties by tensile, compression and interlaminar shear tests as well as thermal properties by DMA and TMA. From these found results, it was observed that for PPS/carbon fiber laminates no one used conditioning generate significant differences in the glass transition temperature nor on the mechanical performance of its composite, qualifying this laminate for aeronautical application when its necessary this kind of requirements... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Maria Odila Hilario Cioffi / Co orientador: Herman Jacobus Corneli Voorwald / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Sandro Donnini Mancini / Banca: Laura Hecker de Carvalho / Banca: Gerson Marinucci / Resumo: O desenvolvimento de compósitos formados por matrizes poliméricas e reforçados com fibras naturais ganhou notável interesse na pesquisa, a partir da década de 90. A elevada demanda por compósitos, aliada à regulamentação das leis ambientais, tornou indispensável o aperfeiçoamento e o desenvolvimento de técnicas de processamento menos poluentes, com a utilização de matérias-primas provenientes de fontes naturais e, consequentemente, com menor custo envolvido. Esta pesquisa dá continuidade aos estudos do mestrado e se fundamenta no desenvolvimento do compósito polimérico com matriz de resina epóxi reforçado por fibras naturais de sisal, para uso como material de reforço em estruturas de madeira cuja integridade esteja afetada. Diante do exposto, esta pesquisa envolve o desenvolvimento e o estudo do comportamento do compósito sisal/epóxi processado via moldagem por transferência de resina (RTM). A caracterização das matérias-primas empregadas na preparação do compósito ocorreu pela determinação da massa específica, da porosidade do tecido, das análises térmicas por meio das técnicas de termogravimetria (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise dinâmico-mecânica (DMA), pelas resistências à tração e à flexão e também pelo estudo da permeabilidade do tecido de sisal. Em sequência, o trabalho apresenta o processamento e as caracterizações térmicas, físicas e mecânicas de laminados planos do compósito de matriz epóxi reforçada com duas camadas do tecido plain-weave de sisal, processados via RTM. Os laminados obtidos foram ensaiados em tração, flexão, ultrassom (C-Scan), TGA, DSC, DMA, além da determinação da massa específica. As análises termogravimétricas indicaram que a temperatura inicial de degradação do compósito é de 182ºC. A Tg - temperatura de transição vítrea, determinada por DSC e por DMA, é de 49,0oC e 45,2oC... / Abstract: Polymeric composites reinforced with natural fibers has obtained considerable interest in the research area, when from the 90's, the high demand by composites and with the environmental laws regulation become indispensable the improvement and development of processing techniques with less pollutants, that involves the use of raw materials from natural sources and, therefore, with low cost. The objective of this work is continue a research line beginning in the master's studies, that is based on the polymeric composite development using epoxy resin reinforced with natural sisal fibers, to apply as reinforcement to restore timber structures, whose integrity was affected. So, this research proposes to develop the sisal/epoxy composite, processed by resin transfer molding (RTM) and to characterize the raw materials, regarding to density, thermal analysis techniques using thermogravimetry (TGA/DTG), differential scanning calorimetry (DSC) and dynamic mechanical analysis (DMA), mechanical tests as tensile and flexural and permeability of the woven sisal fabric. Subsequently, the epoxy/two layers of woven plain-weave sisal laminated composite was scanned by ultrasound and characterized with respect of thermal analysis, physical and mechanical characterizations. Thermogravimetry analysis suggests that the onset degradation temperature of composite is 182°C. The glass transition temperature (Tg), determined from DSC and DMA, is 49.0°C and 45.2°C, respectively. The mechanical tests showed values of 36 MPa for tensile strength, 75 MPa for flexural strength, 2.19 GPa for tensile modulus and 3.86 GPa for flexural ... / Doutor