A preocupação com a saúde tem levado ao uso de produtos com propriedades antimicrobianas, visando reduzir a proliferação de micro-organismos patogênicos. Ao mesmo tempo em que aditivos antimicrobianos são benéficos, pois reduzem a transmissão de doenças, os efeitos negativos, ainda, não estão bem elucidados. Estes aditivos podem afetar organismos essenciais ao meio ambiente e no desenvolvimento de plantas de interesse agrícola. Este trabalho tem o objetivo de avaliar o impacto ambiental causado por resíduos de elastômeros termoplásticos aditivados com três antimicrobianos comerciais à base de prata e pelos aditivos puros: (1) nanopartículas de prata adsorvida em sílica pirogênica (AgNp_sílica); (2) bentonita organomodificada com prata (Ag+_bentonita) e (3) prata em vidro fosfato (Ag+_fosfato). Os aditivos foram incorporados em uma formulação de composto termoplástico, a base de copolímero em bloco estireno-etileno/butileno-estireno (SESB), polipropileno (PP) e óleo mineral por mistura no estado fundido em extrusora dupla rosca e moldados por injeção. Os aditivos foram caracterizados por tamanho, forma e composição com o objetivo de avaliar a influência destas características nas seguintes propriedades do composto: mecânicas, térmicas, químicas, físicas, morfológicas e antimicrobianas. Além disso, foram avaliadas a variação na degradação abiótica e biótica dos compostos termoplásticos. A influência na degradação abiótica e a consequente redução de vida útil dos compostos foram avaliadas pelo ensaio de intemperismo. Já para a avaliação do impacto no solo foi realizado ensaio de biodegradação em câmara respirométrica (degradação biótica) e germinação de plantas no solo contendo os aditivos. O microcrustáceo aquático Daphnia magna (D. magna) foi utilizado como bioindicador de toxicidade dos aditivos na água. Os resultados indicam que compostos com AgNp_sílica possuem melhor propriedade antibacteriana que os demais aditivos testados, eliminando mais de 95% da população de Escherichia coli e 80% da população de Staphylococcus aureus após 24 horas de contato. A incorporação dos aditivos teve pouco efeito sobre as propriedades mecânicas, térmicas, químicas, físicas e morfológicas dos compostos. Os compostos aditivados e sem aditivo não apresentaram diferença no ensaio de intemperismo. No ensaio respirométrico, as amostras aditivadas tiveram pouca variação na produção de gás carbônico em comparação ao composto padrão. No teste de toxicidade em água com D. magna, houve mortalidade de todos os organismos, mesmo na concentração de 0,0001 mg L-1 de aditivo. No ensaio de germinação, os resultados foram adversos, não possibilitando estabelecer um padrão de toxicidade. Por fim, conclui-se que com o manejo adequado dos resíduos, compostos termoplásticos antimicrobianos são ambientalmente seguros, além de auxiliar no controle da propagação de doenças. / The concern with health has led to the use of products with antimicrobial properties aiming to reduce the proliferation of pathogenic microorganisms. At the same time that antimicrobial additives are useful to reduce the transmission of disease, adverse effects under human and environmental health still not well understood. These additives can affect organisms essential to the environment and plant development. The objective of this work was to evaluate the environmental impact caused by residues from thermoplastic elastomers (TPE) containing three commercial, silver-based antimicrobial additives and the pure additives. The additives tested were: (1) silver nanoparticles adsorbed on fumed silica (AgNp_silica); (2) bentonite organomodified with silver (Ag+_bentonite) and (3) silver phosphate glass (Ag+_phosphate). The additives were incorporated into a thermoplastic compound formulation, based on styrene-ethylene/butylene-styrene block copolymer (SESB), polypropylene (PP) and mineral oil by melt-blend in a twinscrew extruder and injection molded. A non loaded sample (standard) was used as control. The additives were characterized according to their size, shape and composition to evaluate the influence of these characteristics on the properties of the compound (mechanical, thermal, chemical, physical, morphological and antimicrobial). The influence on the abiotic degradation and consequent reduction in the life cycle of the compounds was evaluated by weathering test. To evaluate the impact of loaded TPE in soil, a soil biodegradation test was carried out in a respiratory chamber (biotic degradation) and germination of plants. The aquatic microcrustacean Daphnia magna (D. magna) was used as a bioindicator of toxicity of the additives in water. The results indicate that AgNp_silica compounds have better antibacterial properties than the other additives tested, eliminating more than 95% of the Escherichia coli population and 80% of the Staphylococcus aureus population after 24 h of contact. The incorporation of the additives had little effect on the mechanical, thermal, chemical, physical and morphological properties of the compounds. The results indicated that the additives presented a moderate effect on the properties of the above-mentioned metal loaded TPE compounds. The loaded and standard samples showed no difference in the weathering tests. In the respirometric assay, loaded samples had little variation in the production of carbon dioxide compared to the standard one. In the D. magna assay, there was mortality of all organisms, even at the concentration of 0.0001 mg L-1 of additive. In the germination test, the results were inconsistent and it was not possible to determine the toxicity potential of the additives tested. Lastly, it is possible to conclude that, taking into account the correct final disposition of TPE residues; thermoplastic compounds are environmentally safe and can assist in the control of diseases.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:57:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 95656.pdf: 4588027 bytes, checksum: 13627dc035dab5fd413d6d1b5010055e (MD5) Previous issue date: 1993 / Face ao crescimento constante e promissor do setor de transformação de plásticos no mundo, é de vital importância a avaliação dos recursos de produção disponíveis para o bom desempenho da indústria de moldes. Este trabalho visa introduzir alguns conceitos e termos, utilizados na área de injeção de plásticos, e apresentar metodologias de análise reológica, para a determinação prévia do comportamento do material, quando escoando no interior de uma cavidade. Embora a maior ênfase seja dada à técnica de simulação assistida por Computador, que está inserida no contexto da tecnologia CAE (Engenharia Auxiliada por Computador), e que exige por sua natureza, altos investimentos, também é apresentado o método manual para previsão do fluxo do plástico, permitindo a obtenção de resultados menos precisos, mas, em muitos casos satisfatórios, a um custo extremamente reduzido. Os critérios para a otimização do preenchimento da cavidade, apresentados juntamente com a proposta de uma sistemática para realização da simulação, propiciam uma forma de minimizar os erros de fabricação, permitindo, desta forma, reduzir drasticamente os custos e tempos de produção, fatores decisivos para elevar a competitividade no mercado.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Tereftalato de Polietileno PET é um termoplástico polar,com elevada estabilidade dimensional e temperatura de fusão, alta impermeabilidade a gases e resistência química a ácidos e solventes, empregado na fabricação de garrafas no Brasil. A biodegradação tem sido descrita como uma possível metodologia para reduzir o acúmulo de plásticos. Neste trabalho foi avaliado o desempenho das linhagens de Bacillus subtilis e Phanerochaete chrysosporium isoladamente na biodegradação do tereftalato de polietileno. Neste sentido, foram preparadas partículas do polímero sendo submetidas aos tratamentos com luz ultra violeta (6 e 36 horas) e temperaturas (35C e 50C) em seguida, foram colocadas nos meios caldo nutriente (B.subtilis) e Sabouraud (P. chrysosporium), incubados por 30 e 60 dias, incubados a 35C e 28C, respectivamente. Com a degradação das partículas observou-se que o pH passou de 5 para >8, com formação de biofilmes e indução da produção de enzimas (amilase, protease, esterase e polifenoloxidases). A formação do biofilme foi evidenciada por microscopia eletrônica de varredura. Os produtos metabólicos formados no meio de cultura foram avaliados pelo teste de toxicidade utilizando Artemia salina. A microscopia eletrônica demonstrou que B. subtilis colonizou completamente a superfície das partículas do PET, tanto nas condições controle (sem tratamento), como tratados. Os melhores resultados foram observados com o tratamento à temperatura de 50C, onde ocorreu alteração na superfície do polímero, perda da massa polimérica, permitindo maior colonização de ambos os microrganismos. As enzimas hidrolíticas foram produzidas pelos microrganismos em todos os tratamentos, em especial, à temperatura de 50C. Contudo, observou-se que B. subtilis não produziu polifenoloxidases. Os subprodutos da degradação do PET nas condições estudadas apresentaram alta toxicidade para Artemia salina no caso do P. chrysosporium e baixa toxicidade para B. subtilis. Os resultados obtidos sugerem o tratamento o prévio com a temperatura de 50C como importante para o processo de biorremediação / In recent years, the consumption of the poly ethylene terephtalate plastic - PET is used in the manufacture of bottles, comes increasing in Brazil. PET is a polar thermoplastic, with raised dimensional stability and temperature of fusion, high impermeability the acid gases and chemical resistance to solvents. The biodegradation has been described as a possible methodology to reduce the accumulation of plastics. In this work it was carried through the evaluation by Bacillus subtilis and Phanerochaete chrysosporium performance on the biodegradation of the polyethylene terephtalate. In this direction, particles of polymer were submitted to the treatments: exposition to ultra violet light (6 and 36 hours) and temperatures (35C and 50C), followed incubation with the microorganisms during 30 and 60 days. The polymer degradation process was accompanied by determination of pH, biofilm formation and the cells viability, enzymes detection (amylase, protease, esterase, and polyphenoloxidase), as well as the scanning electron microscopy of biofilm and toxicity tests. The results obtained observed the biofilm formation by Bacillus subtilis on polyethylene terephtalate surface particles. The treatment using the temperature of 50C demonstrated a higher alteration in the surface of the polymer, supported the colonization of the microorganisms followed of the hydrolytic enzymes production. It was observed that Bacillus subtilis does not produced polyphenoloxidase. The results indicated the temperature (50.C), induces the esterase production and it is related to degradation process. The P. chrysosporium produced esterases and polyphenoloxidase, whose enzymes had demonstrated to be involved with the polyethylene terephtalate degradation process, and were formed products with higher toxicities to Artemia salina

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4073.pdf: 15159322 bytes, checksum: 4e7a3cf836630abccb6456858f5086b7 (MD5) Previous issue date: 2011-06-22 / Financiadora de Estudos e Projetos / Multimaterial structures are currently a technologically attractive field of research. The growing use of polymer composites replacing metals in structures aiming for weight and emission reduction is part of the motivation of this study. The currently used techniques adhesive bonding and mechanical fastening are limited in certain aspects, opening a path for innovation in this area. Joining of polymers and metals via Injection Clinching Joining (ICJ) is an innovative technique based in injection molding, adhesive bonding and staking. This work studies this technology in its theoretical aspects and applies it to a preliminary study with commercial materials: 30% short glass fiber reinforced polyamide 6,6 (PA66/FG30%); and aluminum alloy AA2024-T351. A design of experiment of one factor at a time analyzed effects of the process parameters on macro- and microstructure, local and global mechanical properties, and thermal properties. It was possible to create joints in which the polymer completely filled cavities in the metallic hole, but the reproducibility was not good, for most joints had only partial filling of the cavities, factor which improves the mechanical performance of the joint. The lap shear testing of overlapped joints determined the global mechanical strength of the joint, which ranged from 20,90 MPa to 51,48 MPa (35,9% to 88,5% of the ultimate tensile strength of PA66/FG30%), and the best performances are attributed to a large contact volume of polymeric material with the chamfer on top of the stud, and effective cavity filling. Two types of fracture were observed, a ductile and gradual (rivet pull-out), and a fragile and catastrophic (net-tension). The thermal properties of the polymer after joining were not significantly changed compared to the base material. This scientific and technological research featured ICJ as a viable process for joining of multimaterial structures, achieving good mechanical performance without significantly changing the properties of the base materials. / Estruturas multimateriais são hoje um campo de estudo atrativo tecnologicamente. O crescente uso de compósitos poliméricos substituindo metais em estruturas para redução de peso e de emissão de gases faz parte da motivação deste trabalho. As técnicas usadas atualmente ligação adesiva e junção mecânica são limitadas em certos aspectos, abrindo caminho para inovação nesta área. A união entre polímeros e metais por rebitagem por injeção (adaptação de Injection Clinching Joining ICJ) é uma técnica inovadora baseada em moldagem por injeção, ligação adesiva e rebitagem. Este trabalho estuda esta técnica em seus aspectos teóricos e a aplica em um estudo preliminar com materiais comerciais: poliamida 6,6 reforçada com 30% de fibras curtas de vidro (PA66/FV30%); e liga de alumínio AA2024-T351. Um projeto de experimento de um fator por vez analisou efeitos dos parâmetros de processo sobre a macro- e microestrutura, propriedades mecânicas localizadas e globais, e propriedades térmicas. Foi possível criar juntas nas quais o polímero preencheu completamente cavidades no furo metálico, porém não houve boa reprodutibilidade, sendo que a maioria das juntas obteve preenchimento parcial das cavidades, fator que melhora consideravelmente a resistência mecânica da junta. Os ensaios de cisalhamento por tração de juntas sobrepostas determinaram a resistência mecânica global da junta, que variou de 21 MPa a 51 MPa (35,9% a 88,5% da resistência mecânica da PA66/FV30%), sendo que melhores desempenhos são fruto de um grande volume de contato com o chanfro no topo do pino, e de maiores preenchimentos de cavidades. Foram observados dois tipos de fratura, uma dúctil e gradual (arrancamento do pino), e outra frágil e catastrófica (nettension). As propriedades térmicas do polímero após a união não foram alteradas significantemente em relação ao material de base. Esta pesquisa científica e tecnológica caracterizou o ICJ como um processo viável para união de estruturas multimateriais, possuindo boa resistência mecânica e sem alterar significantemente as propriedades dos materiais de base.

Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joel Ribeiro.pdf: 71777 bytes, checksum: 9e036af813db8f94856a7dbb0666ca47 (MD5) Previous issue date: 2002-04-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No desenvolvimento de uma peça plástica moldada por injeção, tem se procurado otimizar ao Maximo o componente para que este cumpra a sua função para a qual esta sendo projetada, com qualidade e produtividade inicialmente especificadas que são fatores indispensáveis para a viabilização de qualquer projeto na atual conjuntura econômica global. Defeitos na peça não são mais admissíveis, mas na pratica acontecem e geram retrabalho, e são muitas vezes decorrentes do projeto. Portanto, para se evitar estes defeitos devem ser tomados os devidos cuidados através da observância das regras de projeto, Entretanto, pelo fato das regras serem genéricas não proporcionam o resultado final desejado. Isto ocorre para os diversos defeitos de moldagem em uma peça plástica injetada e que são conseqüências do projeto. O presente trabalho mostra um estudo das geometrias utilizadas em peças plásticas injetadas, para minimizar o defeito de rechupe em uma parede nervurada. Foram feitas 208 análises diferentes através de um simulador de CAE, o software Moldflow, para se verificar o comportamento de cada uma das geometrias propostas, a influência de alguns tipos de matérias e a localização do ponto de injeção, que são variáveis que devem ser corretamente definidas na fase de concepção da peça para se evitar o defeito. Foi também verificada a influencia da pressão e do tempo de recalque sobre o rechupe. Com estas variáveis sendo analisadas, investigou se o efeito de cada uma delas sobre o defeito de rechupe e com isso foi possível determinar qual melhor proposta a ser aplicada, de tal modo que o defeito seja minimizado. Da análise dos resultados da simulação numérica, conclui-se que o tamanho do rechupe depende tanto do material empregado como da geometria da nervura. O material plástico analisado que apresentou o menor grau de rechupe foi o PSHI e o material que apresentou o maior rechupe foi o PPH. Portanto, conclui-se que não basta somente observar as regras de projeto, pois são genéricas e abrangentes e não atendem ao grau de especificação e à qualidade requeridos nos projetos. Por este motivo uma análise criteriosa se faz necessária para que seja atingido o que inicialmente foi proposto.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000397594-Texto+Completo-0.pdf: 5870424 bytes, checksum: d8be5771efcfbddb88fa6ac684d6ad3c (MD5) Previous issue date: 2007 / The application of polymers materials in our daily has been greatly used because had excellent properties like low density and rise rigidity, and the possibility to mold parts in the most varied shapes. It is very important that the designers have tools available to aid for analysis and optimization that they make possible to size up in fast and safe way the parts to be manufactured. The designers have to consider the structural requirements, the functional characteristics and the restrictions imposed in the manufacture process. The objective of the present work is to developed a computational model for analyze the stress and deformations in whole plastic chairs made by polypropylene resin. The computational model is based on finite element method and was developed using a commercial package named SolidWorks/CosmosWorks 2007. Static and dynamic tests had been done in the chair following the Brazilian standards tests NBR 14776, the tests was made in laboratory of electronics testing PUCRS – LABELO aiming the validation of the developed model. Tensile and bend tests had been done according with norms NBR 9622, ASTM D 638 and ASTM D 790. The tests were realized in a samples obtained of the chair, that experiments had provide the mechanical characteristics of the material, necessary to the computational simulations. The computational model was validated doing simulations with different loadings and constrains. The validated model can find stress and deformations of the chair. / A aplicação dos materiais poliméricos em nosso cotidiano tem sido grandemente difundida em razão de características como a excelente combinação de baixa massa específica e elevada rigidez, e a possibilidade de moldar peças nas mais variadas formas. É, pois de fundamental importância que o projetista disponha de ferramentas de auxílio para a análise e otimização que possibilitem dimensionar de modo rápido e seguro a peça a ser fabricada, considerando os requisitos estruturais, características funcionais e restrições impostas pelo processo de fabricação. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo computacional para análise de tensões e deformações em cadeiras plásticas tipo monobloco confeccionadas em resina de polipropileno. O modelo computacional baseia-se no Método dos Elementos Finitos e foi desenvolvido usando o pacote comercial SolidWorks/CosmosWorks 2007. Ensaios experimentais estáticos e dinâmicos da cadeira, segundo a Norma NBR 14776, foram realizados no Laboratório de Ensaios Eletroeletrônicos da PUCRS – LABELO, visando à validação do modelo desenvolvido. Igualmente, ensaios experimentais de tração e flexão, segundo as Normas NBR 9622, ASTM D 638 e ASTM D 790, foram realizados em corpos de prova confeccionados com material retirado da cadeira. Estes ensaios forneceram as características mecânicas do material, necessárias às simulações computacionais. Simulações de carregamento e vinculação foram executadas mostrando a validade do modelo computacional desenvolvido para a análise de tensões e deformações da cadeira.

A simulação numérica de componentes estmturais necessita de dados do material que são obtidos por ensaios mecânicos. Materiais não-lineares, como termoplásticos, podem apresentar em ensaios de tração estricção quando submetidos à deformações firútas. Este fenômeno normalmente ainda está associado a campos de deformações heterogêneos que possuem uma cinemática particular, se propagando ao longo do corpo. A formação e propagação da estricção podem mascarar o real comportamento mecârúco do material quando obtido por um ensaio de tração, levando o processo de caracterização da curva tensão-deformação real do material a um procedimento não-trivial. Através de um ensaio de tração de um termoplástico, dados experimentais de força e do campo de deslocamentos da região de estricção, obtido através de métodos ópticos, são utilizados em um procedimento numérico-experimental de otimização para a deternúnação dos parâmetros (FEMU) de alguns modelos constitutivos capazes de representar a tendência do comportamento de termoplásticos. De modo a estudar a capacidade representativa da resposta mecânica do ensaio, um modelo constitutivo multi linear e um modelo constitutivo variacional, são estudados. Uma função objetivo conveniente que utiliza dados experimentais e numéricos é usada para considerar a cinemática da estricção, responsável pela mudança geométrica que diferencia as respostas nonúnais e reais da curva tensão-deformação. Por meio dos resultados obtidos neste trabalho verificou-se que a caracterização dos modelos constitutivos utilizando somente a resposta de força, não garante uma caracterização constitutiva adequada, sendo necessária a resposta de deslocamento para garantir a representação da cinemática da região de estricção. / Numerical simulation of structural components requires material data obtained from mechanical testing. Nonlinear materials, like thermoplastics, submitted to tensile testing presents necking undergoing finite strain. This phenomenon is still typically associated to heterogeneous strain fields which possess a particular kinematic, propagating through the body. Necking and colddrawing may mask the actual mechanical behavior measured by a tensile testing machine, turning the real stress-strain curve characterization process into a non-trivial procedure. Through a thermoplastic tensile testing, force experimental data and displacement experimental data from the necking region, obtained by optical methods, are used in a numerical-experimental optimization procedure in order to determine the constitutive parameters (FEMU) from some constitutive models which are able to represent the thermoplastic behavior tendency. In order to study the representative capacity of the mechanical testing response, a multilinear constitutive model and a variational constitutive model, are studied. A suitable objective function which uses experimental and numerical data is used to consider the necking kinematics, responsible for geometric change that distinguishes the nominal and real responses of the stress-strain curve. Through the obtained results, it can be seen that the model parameters determination using, in addition to force, the displacement field in the objective function is necessary to represent the kinematic behavior in the necking region.

This study is dedicated to thermoplastic composite joints obtained by an electrical resistance welding procedure. This welding process consists in joining two substrates with an electrical resistor which acts as a heating element melting the polymer substrates. The substrates considered herein are 2mm thick 7-layer hybrid composites, with the following stacking sequence ([0°/90°]G, [0°/90°]C, [45°]C, [0°/90°]C, [45°]C, [0°/90°]C, [0°/90°]G), where G and C denote plies with PPS matrix reinforced by continuous glass or carbon bres, respectively. The heating element is a stainless metallic grid surrounded by two PPS amorphous lms. For a better understanding of the the time evolution of the temperature eld in the welded zone, a heat transfer model was developed in nite element code Abaqus®. The prediction capabilities of the numerical tool were validated by comparing the numerical results with thermocouple measurements. The thermal properties required by the nite element model, viz. the specic heat and the thermal conductivities, were identied from DSC tests and from an inverse identication procedure, respectively. The inverse identication procedure is based on a Levenberg-Marquart algorithm applied to the analysis of specic experiments instrumented with thermocouples and an infra-red camera. Thermal or/and mechanical analyses of anisotropic composite laminates can lead to high computational costs even for linear analyses. Proper Generalized Decomposition constitutes a promising tool to reduce computational costs for multi-dimensional problems such as multi-parametric problems typical of manufacturing process simulations and/or problems with dierent length scales typical of composite laminates. To demonstrate its capabilities and its eciency {including in terms of computation costs for small size problems- PGD technique is applied to the solution of an axisymmetric heat transfer problem. Specimens were manufactured (with a laboratory welding machine designed and built during this study) with dierent processing parameters - eating element geometry, intensity of the electrical current, time evolution of the pressure. DCB specimens were tested to characterize the mechanical toughness under mode I. The analysis with the compliance method of the tests results exhibits two non-negligible energy dissipation mechanisms, related to crack creation and localized plastic deformation, respectively. An original model developed within the internal variable thermodynamics framework is proposed and used to describe the R-curves representative of the ductile behaviour of the DCB specimens. A rst sensitivity analysis of the processing parameters on the joint fracture toughness exhibits the key role of the pressure applied onto the joint during the cooling phase of the welding process. / Este estudo é dedicado a juntas de compósitos termoplásticos soldadas pelo processo de soldagem por resistência elétrica. Este processo consiste em unir dois substratos com um resistor elétrico que atua como um elemento de aquecimento que funde o polímero dos substratos. Os substratos considerados neste trabalho são laminados compósitos híbridos, constituídos de 7 camadas que totalizam 2 mm de espessura, com a seguinte sequencia de empilhamento ([0°/90°]G, [0°/90°]C, [45°]C, [0°/90°]C, [45°]C, [0°/90°]C, [0°/90°]G), onde G e C denotam camadas de PPS reforçadas com fibra de vidro ou carbono, respectivamente. O elemento de aquecimento utilizado é uma malha metálica de aço inoxidável entre dois filmes de PPS (amorfos). Para um melhor entendimento do histórico do campo de temperatura na região soldada, um modelo de transferência de calor foi desenvolvido no pacote de elementos nitos Abaqus®. As capacidades de predição de temperatura do modelo computacional foram validadas a partir da comparação com resultados experimentais de termopares. As propriedades térmicas do modelo em elementos nitos, viz. o calor específico e as condutividades térmicas, foram identificadas a partir de ensaios DSC e de um procedimento de identificação inverso, respectivamente. O procedimento de identificação inversa foi baseado no algoritmo de Levenberg-Marquart aplicado na análise de experimentos específicos intrumentados com termopares e com uma câmera infra-vermelha. A análise térmica ou/e mecânica de laminados compósitos anisotropos podem apresentar elevados cusos computacionais, mesmo para análises lineares. A técnica PGD (Proper Generalized Decomposition) é uma ferramenta promissora na redução de custos computacionais de problemas multidimensionais, tópicos de simulação do processo de manufatura, e/ou problemas multi-escalas, tópico de laminados compósitos. Para demonstrar sua capacidade e sua eficiência, a técnica PGD é aplicada na solução de um problema axissimétrico de transferência de calor. Corpos-de-prova foram fabricados (com a máquina de soldagem laboratorial desenvolvida e construída durante este estudo) com diferentes parâmetros de processamento - geometria do elemento de aquecimento, intensidade da corrente elétrica, histórico de pressão. Corpos-de-prova DCB foram testados para caracterizar a resistência mecânica à propagação de trinca em modo I. A análise com o método da exibilidade dos resultados mostram dois mecanismos predominantes de dissipação de energia, correlatos com a criação da trinca e a localização de deformação plástica, respectivamente. Um modelo original desenvolvido baseado nas variáveis internas termodinâmicas é proposto e usado para descrição das curvas-R representativas do comportamento dúctil dos corpos-de-prova DCB. Uma primeira análise de sensibilidade da resistência à fratura ao variar os parâmetros de processamento mostra que a pressão aplicada na junta durante a etapa de resfriamento desempenha papel fundamental na resistência final da junta.

Orientador: Marco-Aurelio De Paoli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:03:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_JoyceRodriguesde_M.pdf: 2541901 bytes, checksum: 06e3281cd9bd6a393831b0010bf106ed (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: As fibras naturais curtas usadas como reforço em matrizes poliméricas melhoram as propriedades mecânicas dos polímeros e podem substituir reforços inorgânicos obtidos de fontes não-renováveis como a fibra de vidro, com as vantagens adicionais de serem mais leves, menos abrasivas aos equipamentos de processamento e biodegradáveis. Na primeira etapa deste trabalho foram feitos testes para encontrar a melhor formulação e as condições ideais para se produzir compósitos de polietileno de alta densidade, PEAD, reforçados com fibras de Curauá. Para se determinar a melhor formulação foram variados: o teor de fibras no compósito, o teor e o tipo de agente de acoplamento e as condições de processamento (velocidade de rotação de rosca e perfis de temperatura durante a extrusão). A razão de aspecto e os parâmetros geométricos das fibras antes e após o processamento foram medidos através de microscopia óptica e tratados estatisticamente. A adesão entre as fases, na presença ou ausência de agente de acoplamento, foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura. Os compósitos e os materiais puros foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, por métodos térmicos (termogravimetria e calorimetria exploratória diferencial) e pela medidas das propriedades mecânicas de tração, flexão e impacto. A degradação e estabilização dos compósitos foram monitoradas através do envelhecimento ambiental e acelerado das amostras com e sem aditivos estabilizantes a fim de avaliar a durabilidade dos compósitos e o efeito dos aditivos em retardar a degradação dos compósitos e homopolímeros. Conclui-se que os compósitos de PEAD reforçados com fibra de curauá tem propriedades comparáveis aos compósitos de PEAD reforçados com fibra de vidro disponíveis no mercado. / Abstract: Natural short fibers used as reinforcing agent in polymers improve their mechanical properties and may substitute inorganic reinforcing agents, produced from non renewable resources, like fiberglass, with the additional advantages of being lighter, less abrasive to the processing equipment and biodegradable. In the first part of this work the formulation and the processing conditions were studied in order to optimize the mechanical properties of the composite of high density polyethylene, HDPE, and curauá fibers. To determine the best formulation we tested: fiber content, type and content of coupling agent and processing conditions (screw rotation speed and temperature profile during extrusion). The aspect ratio and geometric parameters of the fibers before and after processing of the composites were determined by statistic treatment of the micrographies obtained by optical microscopy. The fiber/matrix phase adhesion, with and without coupling agent, was evaluated by scanning electron microscopy. The composites and the pure materials used for their preparation were characterized by fourier transform infrared spectroscopy, thermal methods (thermogravimetry and differential scanning calorimetry) and by measurement of the tensile, flexural and impact mechanical properties. The degradation and stabilization of the composites was monitored by environmental and accelerated aging tests of composite samples with and without stabilizing additives, to evaluate the durability of the composites and the effect of the additives. We conclude that HDPE composites reinforced with curauá fibers have properties comparable to commercially produced composites of HDPE reinforced with fiberglass. / Mestrado / Quimica Inorganica / Mestre em Química

Esta tese apresenta, primeiramente, revisões sobre polímeros, métodos para obtenção das propriedades mecânica de um material em uma ampla faixa de taxas de deformação além de uma revisão da mecânica do contínuo não linear, estruturas cinemáticas com divisão multiplicativa do gradiente de deformação e modelos de material para polímeros termoplásticos. Posteriormente são apresentados ensaios experimentais de relaxação, quase-estáticos e dinâmicos de tração e compressão em PEAD e PVC, seguidos por impactos em placas dos mesmos materiais. A grande quantidade de ensaios quase-estáticos objetivaram a análise da sensibilidade à taxa de deformação e ao tipo de carregamento, além do grau de anisotropia. Nestes e nos de relaxação, foi utilizada uma técnica de correlação de imagens digitais, DIC, mensurando as deformações longitudinais e transversais no plano, permitindo a obtenção de curvas tensão real deformação verdadeira em diversas secções transversais de um mesmo corpo de prova. Uma nova metodologia proposta para a obtenção de mapa de correções na análise da dispersão e atenuação na propagação de ondas em barras cilíndricas de materiais viscoelásticos permitiu uma maior confiabilidade e acurácia do comportamento viscoplástico obtido na Barra de Hopkinson dividida de pressão. Por fim, um modelo de material é proposto e tem seus parâmetros calibrados utilizando-se os ensaios de relaxação, quase-estáticos e de propagação de ondas em sua parte viscoelástica e a parte plástica dos ensaios quase-estáticos juntamente com os dados obtidos na Barra de Hopkinson em sua parte viscoplástica, na intenção de verificar seu funcionamento, simulando o impacto nas placas. / This thesis first presents a review on polymers, methods for measuring the material mechanical properties of in a wide range of strain rates and a review of nonlinear continuum mechanics, kinematic frameworks with multiplicative split of the deformation gradient altogether with models material for thermoplastic polymers. Later, This thesis presents results of relaxation, quasi-static and dynamic tests under tensile and compressive loads for HDPE and PVC, and subsequently impacts on plates of the same materials. The large number of quasi-static tests aimed to analyze the sensitivity to strain rate and to the type of loading, and also the degree of anisotropy. During these later tests and the relaxation ones, it was used a technique called digital image correlation, DIC, measuring the longitudinal and transverse strains in a plane and allowing the attainment of true stress true strain curves in various cross sections of the same specimen. A proposed new methodology for obtaining corrections map for the analysis of the dispersion and attenuation in wave propagation on cylindrical bars made of viscoelastic materials allowed greater reliability and accuracy of the viscoplastic behavior obtained in split Hopkinson bar pressure. Finally, a model material is proposed and has its parameters calibrated using relaxation, quasi-static and wave propagation tests in its viscoelastic part and plastic part of the quasi-static tests with the data obtained in bar Hopkinson in its viscoplastic part, in order to verify its behavior while simulating the plate impact tests.