Submitted by Aelson Maciera (aelsoncm@terra.com.br) on 2017-04-03T17:52:08Z No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-18T13:29:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-04-18T13:30:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-18T14:08:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissVFS.pdf: 9186678 bytes, checksum: 8be68ef032b461bf1f1888d30b5928b6 (MD5) Previous issue date: 2016-03-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Polytetrafluoroethylene (PTFE) has excellent properties such as chemical inertness and useful mechanical properties at high and low temperatures. After melt, the PTFE viscosity is so high that the extrusion and injection processing are impracticable. Alternatively, the PTFE powder is cold pressed and sintered. During the sintering, heterogeneous temperature distributions may occur because of the low thermal conductivity of PTFE and induce thermal stresses. Cracks will be initiated if such stresses exceed the failure one. Considering the raw material cost (10 US$ kg−1)) and its density (2,2 g cm−3) cracks in the sintered PTFE may cause financial losses for the manufacturing industry, which justifies the studies about this process. The main mechanisms that cause permanent strains are the crystallinity change and the closure of voids from the pressing, which makes the satisfactory modeling of the PTFE sintering be complex. This work aims to characterize the strains assigned to the crystallinity changes and develop a computational model with such mechanism concerning the sintering of PTFE parts shaped by cold pressing. An experimental apparatus for the application of optical dilatometry assisted by Digital Image Correlation (DIC) was developed and used to estimate the specific volume of the amorphous and crystalline phases during sintering. The model was implemented using the UEXPAN AbaqusTM sub routine and model’s variables were obtained from literature and / or experimentally characterized. The model was validated by an experiment with thermal gradient induced strains in a PTFE specimen and the simulation results showed good correspondence with the DIC ones. For future works, it is suggested the improvement of the model implementing the void closure mechanism and the melting and crystallization kinetics, hence, the characterization of material properties in the temperature range of the process. / O politetrafluoretileno (PTFE) possui excelentes propriedades como alta resistência química, alta capacidade de isolamento térmico e elevada gama de temperaturas de serviço. A elevada viscosidade do PTFE no estado fundido inviabiliza seu processamento por extrusão e injeção, portanto, recorre-se às rotas de fabricação não tradicionais para polímeros como a prensagem a frio seguida da sinterização do pó (ou dos pellets) do PTFE. Como o PTFE é um mau condutor de calor, podem surgir trincas na peça devido aos gradientes de deformação ocasionados pela distribuição heterogênea de temperatura durante a sinterização. Isso causaria grandes prejuízos à indústria transformadora ao se considerar o custo da matéria prima (10 US$ kg−1) e sua densidade (2,2 g cm−3), o que justifica estudos acerca do processo de sinterização. Os principais mecanismos que causam deformações permanentes são a variação do grau de cristalinidade, a qual depende das cinéticas de fusão, cristalização e degradação do PTFE, e o fechamento de vazios provenientes da prensagem. Estes mecanismos fazem com que a modelagem satisfatória da sinterização do PTFE não seja simples. O objetivo deste trabalho é caracterizar experimentalmente as deformações atribuídas à variação do grau de cristalinidade e desenvolver um modelo computacional contendo este mecanismo para a sinterização de peças de PTFE moldadas por prensagem isostática a frio. Foi desenvolvido um aparato para ensaios de dilatometria óptica assistida pela técnica de Correlação de Imagens Digitais, que foi utilizado para a caracterização dos volumes específicos das fases amorfa e cristalina do PTFE em função da temperatura e do grau de cristalinidade durante a sinterização. O modelo numérico foi implementado utilizando a sub-rotina UEXPAN do software AbaqusTM e suas variáveis foram obtidas da literatura e/ou caracterizadas experimentalmente. As potencialidades do modelo foram avaliadas em ensaio com gradiente térmico induzido e os valores provenientes da simulação mostraram boa correspondência com os experimentais, indicando que a implementação foi satisfatória dentro das simplificações utilizadas. Como perspectivas, destacam-se a sofisticação do modelo pela implementação do mecanismo de fechamento de vazios e das cinéticas de fusão e cristalização, bem como obtenção de propriedades do material que não foram encontradas na literatura para o intervalo de temperaturas do processo. / CNPQ: 130970/2014-0

Lubrificantes são produtos gasosos, líquidos, semi sólidos ou sólidos (pó) que formam um filme entre duas partes evitando o atrito. Lubrificantes de alto desempenho são designados para trabalharem em condições severas de temperatura, pressão e contaminação. Os mais utilizados são os líquidos (óleos) e semi sólidos (graxas). As graxas são aplicadas aonde o óleo pode escorrer e em pontos de difícil acesso e são divididas basicamente em duas classes, sabão e não sabão. A graxa não sabão mais utilizada é a poliuréia, obtida pela reação entre aminas e isocianato, possui elevada tixotropia, alta rigidez dielétrica e excelente poder anticorrosivo, por isso é amplamente utilizada para lubrificação de motores elétricos e maquinário naval. Para obter uma graxa com altíssimo desempenho, nesse estudo foi utilizado o fluido lubrificante sintético polialfaolefina e também foi empregado o aditivo lubrificante sólido politetrafluoroetileno (PTFE) por apresentar o menor coeficiente de atrito conhecido, é comercialmente encontrado irradiado em ar para obter partículas menores e produzir grupos terminais oxigenados que são mais compatíveis com a superfície metálica. Os ensaios foram realizados de forma comparativa usando a graxa de poliuréia pura e aditivada com PTFE. As caracterizações foram feitas por espectroscopia de infravermelho, análise elementar de C, N, e H e índice de NCO livre, comprovando a formação de poliuréia de quatro carbonos (tetrauréia). As propriedades funcionais de ponto de gota e separação de óleo mostraram alta compatibilidade e estabilidade entre os polímeros, que aumentaram quando foi adicionado PTFE. A excelente resistência da graxa de tetrauréia pura ao desgaste e extrema pressão foram demonstradas pelo teste de quatro esferas e teste prático em rolamentos, caracterizando esta graxa como de alto desempenho quando comparada com as graxas mais utilizadas no mercado. / Lubricants are gaseous, liquid, semi solid or solid (powder) materials those form a film between two parties preventing friction. High performance lubricants are designed to work under severe conditions of temperature, pressure, and contamination. The most used are liquids (oils) and semi solids (greases). Greases are applied where oils can drain or in inaccessible places and are divided generally into two classes, soap and no soap. The most used non soap grease is polyurea, obtained by the reaction between amine and isocyanate, has highly thixotropic, high dielectric strength and excellent anticorrosive property, so it is widely used for lubrication of electric motors and shipbuilding machinery. For a grease with high performance, in this study was used a synthetic lubricant fluid, polyalphaolefin, and was also employed solid lubricant additive polytetrafluoroethylene (PTFE) due its lowest coefficient of friction, is found commercially irradiated in air to obtain smaller particles and to produce oxygenated terminal groups those are more compatible with the metal surface. The tests conducted were comparatively between pure polyurea grease and with PTFE additive. The characterizations were made by infrared spectroscopy and elemental analysis of C, N and H and Free NCO index, proving the formation of four carbons polyurea (tetraurea). The functional analysis of drop point and oil separation showed high stability and compatibility between the polymers increased when PTFE was added. The excellent resistance of pure tetraurea grease to wear and extreme pressure were demonstrated by four-ball and practical bearings tests, characterizing this grease as a high performance lubricant, when compared to most used greases in the market.

Lubrificantes são produtos gasosos, líquidos, semi sólidos ou sólidos (pó) que formam um filme entre duas partes evitando o atrito. Lubrificantes de alto desempenho são designados para trabalharem em condições severas de temperatura, pressão e contaminação. Os mais utilizados são os líquidos (óleos) e semi sólidos (graxas). As graxas são aplicadas aonde o óleo pode escorrer e em pontos de difícil acesso e são divididas basicamente em duas classes, sabão e não sabão. A graxa não sabão mais utilizada é a poliuréia, obtida pela reação entre aminas e isocianato, possui elevada tixotropia, alta rigidez dielétrica e excelente poder anticorrosivo, por isso é amplamente utilizada para lubrificação de motores elétricos e maquinário naval. Para obter uma graxa com altíssimo desempenho, nesse estudo foi utilizado o fluido lubrificante sintético polialfaolefina e também foi empregado o aditivo lubrificante sólido politetrafluoroetileno (PTFE) por apresentar o menor coeficiente de atrito conhecido, é comercialmente encontrado irradiado em ar para obter partículas menores e produzir grupos terminais oxigenados que são mais compatíveis com a superfície metálica. Os ensaios foram realizados de forma comparativa usando a graxa de poliuréia pura e aditivada com PTFE. As caracterizações foram feitas por espectroscopia de infravermelho, análise elementar de C, N, e H e índice de NCO livre, comprovando a formação de poliuréia de quatro carbonos (tetrauréia). As propriedades funcionais de ponto de gota e separação de óleo mostraram alta compatibilidade e estabilidade entre os polímeros, que aumentaram quando foi adicionado PTFE. A excelente resistência da graxa de tetrauréia pura ao desgaste e extrema pressão foram demonstradas pelo teste de quatro esferas e teste prático em rolamentos, caracterizando esta graxa como de alto desempenho quando comparada com as graxas mais utilizadas no mercado. / Lubricants are gaseous, liquid, semi solid or solid (powder) materials those form a film between two parties preventing friction. High performance lubricants are designed to work under severe conditions of temperature, pressure, and contamination. The most used are liquids (oils) and semi solids (greases). Greases are applied where oils can drain or in inaccessible places and are divided generally into two classes, soap and no soap. The most used non soap grease is polyurea, obtained by the reaction between amine and isocyanate, has highly thixotropic, high dielectric strength and excellent anticorrosive property, so it is widely used for lubrication of electric motors and shipbuilding machinery. For a grease with high performance, in this study was used a synthetic lubricant fluid, polyalphaolefin, and was also employed solid lubricant additive polytetrafluoroethylene (PTFE) due its lowest coefficient of friction, is found commercially irradiated in air to obtain smaller particles and to produce oxygenated terminal groups those are more compatible with the metal surface. The tests conducted were comparatively between pure polyurea grease and with PTFE additive. The characterizations were made by infrared spectroscopy and elemental analysis of C, N and H and Free NCO index, proving the formation of four carbons polyurea (tetraurea). The functional analysis of drop point and oil separation showed high stability and compatibility between the polymers increased when PTFE was added. The excellent resistance of pure tetraurea grease to wear and extreme pressure were demonstrated by four-ball and practical bearings tests, characterizing this grease as a high performance lubricant, when compared to most used greases in the market.