Neste trabalho, foram sintetizados poliuretanos termoplásticos (TPU) via solução em reator e via extrusão reativa em extrusora dupla rosca. Os TPUs foram obtidos com o uso de pré-polímero 4,4‟-difenilmetano (MDI) e poliol poliéster, a hidroquinona bis-2-(hidróxietil)-éter (HQEE), e o n-fenilaminopropil-POSS. Os reagentes e produtos foram caracterizados através de análises de Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), análise Termogravimétrica (TGA) e reometria capilar (exclusivamente para os produtos). As análises de DSC mostraram que a presença do POSS influenciou a entalpia de fusão (ΔHm) dos TPUs sintetizados via solução. As amostras polimerizadas por extrusão reativa a 80 ºC apresentam Tm comparativamente menores que as amostras sintetizadas a 90 ºC, porém com ΔHm superior, indicando que a temperatura possivelmente favorece a formação de um número maior de cristais com um tamanho médio inferior. Também foram observados fenômenos exotérmicos durante o aquecimento das amostras sintetizadas via extrusão reativa, provavelmente devido a disponibilidade de grupos isocianato livres, detectados via FTIR, na região de ~2253 cm-1. A estabilidade térmica dos TPUs via solução também foi alterada pela adição de POSS, enquanto o polímero obtido através da extrusão reativa apresentou valores mais elevados no início da degradação. Os ensaios de TGA em isoterma apresentaram valores de perda de massa progressivamente inferiores nas amostras sintetizadas via extrusão reativa, demonstrando que tanto o POSS quanto a temperatura de síntese influem nas propriedades do polímero. Ensaios de resistência térmica nas amostras apresentaram perdas de massa inferiores nas amostras vi8a xetrusão reativa. Em ensaios de reometria capilar, a inserção do POSS levou a um aumento progressivo da viscosidade intrínseca do polímero, indicando aumento da massa molar média do TPU sintetizado via solução. Os mesmos ensaios executados com as amostras via extrusão reativa mostraram viscosidades aparentes similares, provavelmente influenciados por processos de degradação do material na célula de carga, levando a comportamentos de viscosidade sem uma tendência observável. / In this work, thermoplastic polyurethanes (TPU) were synthesized in solution process and reactive extrusion in twin-screw extruder. The TPUs were obtained with the use of pre-polymer based on 4,4´-Methylenediphenyl diisocyanate (MDI) and a polyester functionalized polyol, the bis-2-(hidroxyethyl)ether hidroquinone and the n-phenylaminopropyl-POSS as a second chain extender. The reagents and products were characterized using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetric Analysis (TGA), and also capillary rheometry (only for those products). The DSC analysis presence influenced the melting enthalpy (ΔHm) of the TPU synthesized by solution. The samples synthesized through reactive extrusion at 80 ºC presented a higher Tm compared to the 90 ºC TPUs, with a higher ΔHm, suggesting that the temperature favors the formation of a greater number of crystals with a lower medium size. Exothermic phenomena were observed during the heating of samples synthesized in reactive extrusion, probably due to the availability of free isocyanate groups, which were detected by FTIR in the ~2253 cm-1 region. The thermal stability of the TPUs was enhanced by the addition of POSS, while the polymers obtained through reactive extrusion presented higher onset degradation temperatures. The TGA analysis in isothermal conditions showed progressively lower mass loss values in samples obtained by reactive extrusion, demonstrating that the amount of POSS, as well the synthesis temperature, had influence in the final properties of the TPU. The thermal resistance of samples polymerized in reactive extrusion. In capillary rheometry tests, the insertion of POSS in the polymer led to a progressively higher value of intrinsic viscosity of the TPUs, indicating an increase in the mean molar mass of the TPUs obtained through solution synthesis. The same method was applied to the samples obtained through reactive extrusion, which showed similar apparent viscosities, yet the analysis was probably influenced by the degradation of the TPU inside the loading cell, leading to no measurable tendency in the viscosity of the polymer.

Orientador: Raquel Gonçalves / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-06T00:21:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_SergioAugustoMelloda_D.pdf: 3060293 bytes, checksum: 3514c54e017be522e62c07231642a540 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: As tecnologias para produção das chapas denominadas ¿Medium Density Fiberboard¿ (MDF), confeccionadas com fibras de madeiras de reflorestamento de baixo custo e resinas fenólicas provenientes de uréia, representam para vários setores industriais uma possibilidade de agregar valores às espécies com pouco interesse comercial, possibilitando para os seguimentos industriais investimento promissores. Um aspecto importante a ser considerado sobre a utilização de resinas fenólicas na confecção de chapas MDF é que produzem emissões tóxicas poluidoras da natureza e nocivas ao ser humano. Dentro deste contexto, de acordo com o ¿Protocolo de Quioto¿ de 1997, os países industrializados precisam diminuir suas emissões combinadas de gases de efeito estufa em pelo menos 5 % até 2012. Considerando-se as exigências do ¿Protocolo de Quioto¿, este trabalho objetivou avaliar o desempenho de chapas MDF confeccionadas com poliuretana (PU) derivada do óleo de mamona, pois este produto apresenta baixos teores de toxidez sendo classificado como não poluente e não tóxico ao ser humano. A caracterização das chapas foi realizada considerando-se a utilização do equipamento de ultra-som da Marca Steinkamp modelo BP7 com transdutoes de 45 kHz e a realização de ensaios físicos e mecânicos propostos pela EuroMDFBoard - EMB. A avaliação desenvolveu-se em três fases distintas: 1. Na fase I foram realizados estudos exploratórios com o objetivo de verificar as características do PU sendo utilizado como adesivo para confecção de chapas de Pinus caribaea. Nesta fase foram confeccionadas chapas com 5 e 10 % de PU3070, que de acordo com a caracterização física e mecânica observou-se que as chapas apresentaram resistências compatíveis com as exigências da EMB, entretanto, a forte exalação de solvente inviabilizou seu manuseio do PU3070. 2. Na fase II foram confeccionadas chapas com fibras de Pinus caribaea e Eucalyptus grandis com uma nova síntese de adesivo, denominada neste trabalho de PU7030. A caracterização física e mecânica determinou valores de resistências compatíveis com as exigências da EMB. Entretanto, verificou-se a necessidade de se ajustar o teor de umidade a temperatura e a pressão de prensagem. 3. Na fase III novas chapas foram confeccionadas com fibras de Pinus caribea e Eucalyptus grandis modificando-se o teor de umidade, a temperatura e a pressão de prensagem. Com o resultado da caracterização física e mecânica, observou-se que as alterações nas umidades, temperatura e pressão de prensagem propiciaram resistências compatíveis com a EMB, com vantagens de utilização de menores teores de PU7030 e diminuição na temperatura de prensagem, representando economia no consumo de energia. Outro aspecto muito importante estudado neste trabalho foi a caracterização das chapas utilizando ensaios não-destrutivos. Neste caso foram realizadas medições, por meio de equipamento de ultra-som, utilizando-se transdutores de faces exponenciais e planas aplicados nas direções x, y e z das chapas. A partir das medições dos tempos de propagação das ondas ultra-sônicas determinaram-se as velocidades das ondas e as constantes dinâmicas das chapas. Estas variáveis foram comparadas com as propriedades de resistência das chapas obtidas nos ensaios estáticos. Em seguida desenvolveu-se análise estatística buscando-se avaliar as correlações entre os resultados de ensaios não-destrutivos e destrutivos tendo sido possível concluir que a utilização dos métodos de ensaios não-destrutivos é viável para inferir sobre as propriedades físicas e mecânicas das chapas. Com relação à utilização da PU7030, concluiu-se que essa poliuretana possibilita a substituição da resina fenólica na confecção das chapas MDF / Abstract: While employing low cost reforestation lumber, the technologies of the fabrication of fiber plates denominated ¿Medium Density Fiberboard¿ (MDF) offer to several industrial sectors the opportunity to aggregate worth to species with little or no commercial interest, opening to them the possibility of promising profitable investments. However, the phenolic resins used in the production of MDF plates are well-known pollutants to the environment and therefore harmful to the human beings in such a way that environmentally friendly alternatives have been eagerly sought. According to that, the present work has been aimed to evaluate the physical, chemical and mechanical properties of MDF manufactured with Polyurethane Adhesive (PU) derived from Castor Oil, due to the low toxicity and to the non-polluting characteristics of the resulting adhesive. The characterization of the plates has been accomplished with the help of Steinkamp BP7 ultrasonic equipment using 45 kHz transducers and the physical and mechanical tests recommended by Euro MDF Board - EMB. The work has been developed along three distinct phases. Initially a better understanding of the characteristics of the polyurethane adhesive derived from castor oil has been acquired. It has been learnt that the adhesive exhibits the main characteristic of a monocomponent synthesis, stabilized by air humidity. During that phase, plates with 5% and 10% of polyurethane adhesive have been manufactured, called Adhesive PU3070 in this work, corresponding to 30% of solids and 70% of solvents. The properties of the plates manufactured with this synthesis have been determined and it has been found that although they have met EMB demands, the strong exhalation of solvent has ruled out its usage for MDF manufacture. As for the second phase, fiber plates have been produced with a new synthesis, called Adhesive PU7030, that is, 70% of solids and 30% of solvents. Again mechanical properties have satisfied EMB regulations. However, during the tests, it has been noticed that in order to control the quality of the final product, a fine adjusting to the values of some important Variables in the manufacture process, such as humidity level, temperature and pressing pressure, would be necessary. Accordingly, in the last phase, using Pinus caribea as fiber material, three experimental conditions have been elaborated, one for each controlled Variable, and repeated again for Eucalyptus gandis. Resulting from the adjusting of the variables, it has been observed that during the manufacture process, plates using much less adhesive than the former standards still have satisfied EMB demands fully, with advantages of a significant decrease in the pressing temperature and the corresponding energy savings. The characterization of the plates using non-destructive tests has been an important feature of the present work. Measurements have been performed in the plates by means of ultrasound equipment, using exponential as well as plane face transducers. From the readings, the propagation times of the ultrasonic waves have been evaluated, allowing to the determination of the propagation velocity of the ultrasonic waves through the material and consequently its dynamic parameters, which have been correlated to the mechanical properties of the plates, by means of a suitable statistic model. It has been concluded from the results that non-destructive test methods could as well be employed for the characterization of the physical and mechanical properties of the plates / Doutorado / Construções Rurais / Doutor em Engenharia Agrícola

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:47:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:06:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 08364.pdf: 6489589 bytes, checksum: 1e73a94458be296353fbd0a5d5f21ab4 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-06-09T18:38:57Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-06-09T18:38:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As últimas estimativas da Organização Mundial da Saúde mostram a ocorrência de 14,1 milhões de novos casos de câncer em 2012. Sendo que desses casos, 8,2 milhões virão a óbito. Os tumores paravertebrais e intracraniais, também chamados de cânceres do Sistema Nervoso Central, tem origem no cérebro, nervos cranianos e meninges. Uma nova modalidade de braquiterapia começou a ser usada nesta última década. Neste procedimento, placas poliméricas flexíveis, carregando fósforo-32, são colocadas próximas ou em contato ao tumor para o tratamento. Este tratamento apresenta vantagens em relação aos demais porque aplica uma alta taxa de dose no tumor poupando tecidos sadios. A produção destas placas ainda é pouco estudada, embora já existam resultados satisfatórios no seu uso para o tratamento dos cânceres do sistema nervoso central. Neste trabalho foram realizados estudos iniciais para a produção deste tipo de placas poliméricas para braquiterapia. Foram avaliadas as propriedades mecânicas e a capacidade de imobilização de material radioativo de duas resinas comercias, uma poliuretânica e outra epoxídica, com e sem presença de substrato de policarbonato. Os testes iniciais apontaram o uso da resina epoxídica como melhor alternativa e com o uso dela foram feitos os primeiros protótipos e testes. O uso do policarbonato como substrato não foi necessário em uma das metodologias, facilitando o procedimento, mas oferecendo uma barreira menor de segurança. Os ensaios de tração mostraram que a adição de solução ácida à resina epóxi alterou suas características mecânicas, mas houve uma pequena melhora em sua flexibilidade. Os testes de adesão evidenciaram uma melhor adesão da resina à face texturizada do policarbonato. A termogravimetria mostrou que a solução ácida adicionada a resina fica presa à estrutura mesmo com elevações de temperatura acima de 100°C. A resina epoxídica utilizada teve a capacidade de incorporar o material radioativo em forma de solução ácida e manter-se estanque após testes de esfregaço e imersão em líquido quente. De acordo com os resultados obtidos, a produção destas placas com resina epoxídica é possível e atende às normas internacionais de segurança contra vazamento de material radioativo para fontes utilizadas em braquiterapia. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Orientador: Maria Isabel Felisberti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-26T18:00:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trinca_RafaelBergamo_D.pdf: 7109183 bytes, checksum: 36f8cbad69a4e17b2adb60ccbc082e94 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo a síntese e a caracterização de poliuretanas segmentadas (SPUs), baseadas em macrodióis de baixa massa molar (2 kDa) ¿ poli(etileno glicol), poli(L-lactídeo) e poli(carbonato de trimetileno) (PEG, PLLA e PTMC, respecti- vamente) ¿ e diferentes diisocianatos (2,4-diisocianato-tolueno e 1,6-diisocianato-hexano, 2,4-TDI e HDI, respectivamente) e extensores de cadeia (1,4-butanodiol e ácido-2,2-bis(hidroximetil)-propanóico BDO e DMPA, respectivamente). Os macrodióis PLLA e PTMC foram sintetizados por polimerização por abertura de anel (ROP). As SPUs foram obtidas por uma rota de duas etapas: pré-polimerização dos macrodióis com diisocianatos e extensão de cadeia. Estudou-se os efeitos da razão mássica entre os macrodióis sobre as propriedades físico-químicas e morfológicas de SPUs mono, bi e tricomponentes baseadas em 2,4-TDI e BDO. Análises de ¹H NMR e GPC revelaram diferenças na reatividade dos macrodióis, que resultaram em diferenças de composição das SPUs em relação ao meio reacional e na distribuição de massa molar. Análises por DSC, DMTA, AFM e ensaios de intumescimento revelaram que as propriedades intrínsecas dos precursores foram combinadas e moduladas nas SPUs. A combinação dos três macrodióis resultou em SPUs com propriedades únicas, não encontradas nas SPUs binárias e monocomponentes. Os efeitos da natureza de diisocianatos e extensores de cadeia sobre as propriedades de SPUs ternárias também foram estudados. As SPUs baseadas em diisocianatos simétricos (HDI) apresentam temperatura de transição vítrea inferior aos baseados em 2,4-TDI, além disso, essas SPUs são semicristalinas, enquanto as baseadas em 2,4-TDI são essencialmente amorfas. A morfologia das SPUs, tipicamente de fase dispersa em uma matriz, é afetada pela proporção entre os macrodióis e pela natureza dos diisocianatos e dos extensores de cadeia. A capacidade das SPUs em intumescer em água é governada pelo teor de PEG e varia com a temperatura (SPUs termo-responsivas) enquanto as SPUs baseadas em DMPA apresentaram intumescimento dependente do pH do meio (SPUs responsivas ao pH). SPUs com menor teor de PEG e ricas em PLLA foram processadas pela técnica de eletrofiação, resultando em filmes nano fibrosos e porosos com propriedades elastoméricas / Abstract: This study aimed at the synthesis and characterization of segmented polyurethanes (SPUs), based on low molecular weight (2 kDa) macrodiols ¿ poly(ethylene glycol), poly(L-lactide) and poly(trimethylene carbonate) (PEG, PLLA and PTMC, respectively) - and different diisocyanates (2,4-diisocyanato-toluene and 1,6-diisocyanato-hexane, 2,4-TDI and HDI, respectively) and chain extenders (1,4-butanediol and 2,2-bis-hydroxymethyl-propanoic acid, DMPA and BDO respectively). The PLLA and PTMC macrodiols were synthesized by ring-opening polymerization (ROP). The SPUs were obtained by a two-step route: synthesis of prepolymers from diisocyanates and macrodiols, followed by a chain extension step. The effects of the weight ratio of macrodiols on the physico-chemical and morphological properties of SPUs based on 2,4-TDI and BDO were studied. The ¹H NMR and GPC analysis revealed differences in reactivity of macrodióis, which resulted in differences in composition of the SPUs in relation to the reaction medium and in the molar mass distribution. Analysis by DSC, DMTA, AFM and swelling assays revealed that the intrinsic properties of the precursors were combined and modulated in SPUs. The combination of the three macrodiols results in SPUs with unique properties not found in binary and single component SPUs. The effects of the nature of the chain extenders and diisocyanates on the properties of ternary SPUs were also studied. The SPUs based on symmetrical diisocyanates (HDI) presents lower glass transition temperatures than those based on 2,4-TDI. Moreover, they are semi crystalline while SPUs based on 2,4-TDI are essentially amorphous. The morphology of the SPUs, typically of a dispersed phase in a matrix, is affected by the macrodiols ratio and by the nature of diisocyanates and chain extenders. The water swelling capability of the SPUs is governed by the PEG content and varies with temperature (temperature responsive SPUs) as well as with pH (pH responsive SPUs) when BDO is replaced with DMPA. SPUs with low PEG content and rich in PLLA were processed by electrospinning technique, resulting in nanofibrous porous films with elastomeric properties / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Předložená disertační práce se zabývá studiem produkce a degradace polymerních materiálů s využitím mikroorganismů. Hlavní pozornost je upřena ke studiu produkce polyesterů bakteriálního původu - polyhydroxyalkanoátů. Tyto materiály jsou akumulovány celou řadou bakterií jako zásobní zdroj uhlíku, energie a redukční síly. Díky svým mechanickým vlastnostem, kterými silně připomínají tradiční syntetické polymery jako jsou polyetylén nebo polypropylén, a také díky své snadné odbouratelnosti v přírodním prostředí, jsou polyhydroxyalkanoáty považovány za ekologickou alternativu k tradičním plastům vyráběným z ropy. Polyhydroxyalkanoáty mají potenciál najít řadu aplikací v průmyslu, zemědělství ale také v medicíně. Významná část předložené práce je zaměřena na produkci polyhydroxyalkanoátů z odpadních substrátů pocházejících především z potravinářských výrob. Testována byla odpadní syrovátka nebo odpadní oleje z různých zdrojů. Právě využití levných odpadních substrátů je strategií, která by mohla přispět ke snížení ceny polyhydroxyalkanoátů a tím usnadnit jejich masové rozšíření. Podle výsledků dosažených v této práci jsou právě odpadní olejové substráty velice perspektivní cestou k ekonomicky rentabilní biotechnologické produkci polyhydroxyalkanoátů. Další část předložené práce se zabývá studiu spojení metabolické role polyhydroxyalkanoátů a stresové odpovědi bakterií. V této práci bylo zjištěno, že expozice bakteriální kultury řízené dávce etanolu nebo peroxidu vodíku významně navýší dosažené výtěžky a to o přibližně 30 %. Po aplikaci výše zmíněných stresových faktorů došlo k aktivaci metabolických drah vedoucí k odbourání stresového faktoru z média. Výsledkem bylo navýšení poměru NAD(P)H/NAD(P)+, což vedlo k částečné inhibici Krebsova cyklu a naopak aktivaci biosyntetické dráhy polyhydroxyalkanoátů. Mimoto došlo k významnému navýšení molekulové hmotnosti výsledných materiálů. Podle těchto výsledků se regulovaná aplikace vhodně zvolených stresových podmínek zdá být zajímavou strategií, která vede nejen k navýšení celkových výtěžků, ale také významnému zlepšení vlastností polymeru. Poslední část disertační práce se zabývala studiem procesu biodegradace polyuretanových materiálů. Polyuretanové eleastomery byly modifikovány rozličnými biopolymery za účelem navýšení jejich biodegradability. Tyto materiály byly posléze vystaveny působení směsné termofilní kultury jako modelového systému, který simuluje přirozené konsorcium bakterií. Přítomnost testovaných materiálů v kultivačním médiu vedla k neobvyklým růstovým charakteristikám bakteriální kultury. V průběhu prvních několika dní byl růst kultury silně inhibován, nicméně po překonání této neobvykle dlouhé lag-fáze došlo k intenzivnímu nárůstu kultury. Hlavní podíl na hmotnostním úbytku testovaných materiálů během experimentů měl samovolný rozpad materiálů, nicméně byl pozorován i vliv bakteriální kultury, kdy míra biotické degradace závisela na použitém modifikačním činidle. Nejvyšší míra biotické degradace byla pozorována u polyuretanového materiálu modifikovaného acetylovanou celulózou. Lag-fáze byla způsobena uvolněním nezreagovaného katalyzátoru (dibutylcínlaurát) a polyolu do kultivačního média. Bakteriální kultura se však po čase dokázala na přítomnost toxických látek v médiu adaptovat nebo je dokázala eliminovat.

Les polyuréthanes segmentés thermoplastiques (TPUs) sont des matériaux élastomères thermoplastiques qui couvrent une large gamme d’applications. Ces matériaux possèdent intrinsèquement une aptitude à la nano-structuration car ils présentent dans leur structure macromoléculaire une alternance de segments rigides et de segments souples thermodynamiquement immiscibles en dessous d’une certaine température (température de micro-mélange). Ainsi, en refroidissant à partir de l’état fondu, une micro-séparation de phase, dont la cinétique dépend de la température, se produit. De plus, l’application d’une déformation avant cette structuration modifie sa cinétique. Ainsi, en vue d’appréhender l’effet de la mise en oeuvre sur certaines propriétés de ces matériaux, il s’avère intéressant d’étudier l’influence de l’histoire thermomécanique sur la structuration. Cette étude repose sur l’observation du comportement de cristallisation et/ou de séparation de phase de cinq polyuréthanes commerciaux de nature chimique différente, en fonction de différentes conditions thermiques et mécaniques appliquées en milieu modèle ou en conditions de mise en oeuvre réelles. Les techniques utilisées sont principalement rhéologiques, rhéo-optiques et par diffusion de rayons X aux petits angles (SAXS). Ces différentes analyses permettent d’affirmer que les contraintes appliquées dans le fondu des matériaux avant leur solidification modifient de façon drastique la cinétique de structuration mais aussi leur morphologie résultante. En effet, une orientation particulière des entités structurées au sein des matériaux peut être engendrée par des contraintes appliquées en fonction de leur intensité. Cette morphologie résultante particulière joue également un rôle sur les propriétés mécaniques finales des matériaux. / Thermoplastic segmented polyurethanes are an important class of thermoplastic elastomers which cover a wide range of applications. These materials are multi-block copolymers composed of alternating “hard” and “soft” segments which are respectively below and above their glass transition temperature under ambient conditions. TPUs exhibit a twophase microstructure which arises from the thermodynamic incompatibility between the hard and soft segments. This microphase separation is often combined with the crystallization of either or both segments. The mechanical properties of these polymers will depend upon the overall multiblock length and the hard block sequence length and how they affect the material morphology. Our goal is to understand how the polyurethane final properties can be affected by the processing stresses (extrusion, injection…). In this scope, experiments were performed using a rheometer or an optical microscope coupled with a shearing hot stage. A preshear controlled treatment was applied and its effect on the material structuration was followed. These characterizations highlighted the enhancement of phase separation kinetics by the shear. For instance, for presheared samples, phase separation and/or crystallization of the hard segments occur ten times faster than for non-sheared ones. Moreover, SAXS experiments carried out on samples structured from several conditions illustrated perpendicular arrangements of crystalline domains perpendicularly to the flow direction. Finally, this particular morphology induced by shear modifies the materials final mechanical properties

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This thesis presents a research effort aimed at developing a stronger, lighter, and more economic shelter using rigid wall panels. Reported herein is insulation research, wall and roof panel design and testing, floor section modeling and strength calculations, and cost and weight calculations. Beginning stages focus on developing solid wall and roof panels using cold-formed steel corrugated sheathing and members, as well as polyurethane spray foam for insulation. This research includes calculating uniform load density, to determine the overall strength of the panel. The next stage focuses on the flexural strength of the wall and roof panels, as well as finalizing the floor design for the shelter. This includes determining maximum flexural strength required to meet the standards set by the project goal. Direct strength method determined the correct thickness of members to use based on the dimension selected for the design. All Phases incorporated different connection methods, with varied stud spacing, to determine the safest design for the new shelters. Previous research has shown that cold-formed steel corrugated sheathing performs better than thicker flat sheathing of various construction materials, with screw and spot weld connections. Full scale shear wall tests on this type of shear wall system have been conducted, and it was found that the corrugated sheathing had rigid board behavior before it failed in shear buckling in sheathing and sometimes simultaneously in screw connection failures. Another aspect of the research is on the insulation of the wall panels. Research was conducted on many different insulation options for the mobile facilities. Specifically, insulation made of lightweight material, is non-combustible, added rigidity to the structure, and has high thermal properties. Closed cell polyurethane spray foam was selected for full-scale testing in this research. Closed cell polyurethane adds extra rigidity, is lighter than common honeycomb insulation, and has a higher R-value. Several polyurethane foam companies were studied for this research, and promising products were identified. The research focuses on the impacts of the polyurethane foam to the structural performance of the wall panels. Both shear and 4-point bending tests were completed to investigate the strength and behavior of the cold-formed steel framed wall panels with polyurethane foam insulation. Comparing the cost and weight of the current shelter, and the new design is reported herein. The material studies, specimen details, and test results are reported in this thesis.

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