Compósitos de polipropileno e carbonato de cálcio em escala nanométrica foram preparados através de processamento em extrusora de rosca dupla co-rotacional. Metodologia estatística (projeto de experimentos) foi utilizada para avaliar o efeito das variáveis: teor de carbonato de cálcio, velocidade de rotação e configuração dos parafusos nas propriedades dos materiais obtidos. As propriedades mecânicas foram determinadas por meio de ensaios de tração (ASTM D 638), de resistência à flexão (ASTM D 790) e de resistência ao impacto (ASTM D 256). A processabilidade dos materiais foi avaliada através de determinações do índice de fluidez (ASTM D 1238). A microscopia eletrônica de varredura foi usada para avaliar a dispersão da carga na matriz e para obter informações sobre a adesão interfacial entre ambas. Os resultados obtidos demonstraram que o teor de carga adicionado ao polímero é a variável que exerce influência mais significativa sobre o módulo de flexão e que o teor de carga e a rotação dos parafusos são as variáveis que mais afetam as propriedades de impacto. O aumento da concentração das nanopartículas causou um aumento do módulo de flexão e da resistência ao impacto, enquanto que o aumento da velocidade de rotação dos parafusos provocou a redução das propriedades do impacto. A configuração do parafuso é a variável que tem um efeito mais significativo sobre a resistência mecânica do material. A utilização de um perfil de parafuso mais cisalhante promoveu a obtenção de valores mais altos de resistência à tração. A velocidade de rotação foi a variável mais significativa na determinação do módulo de Young. O aumento da velocidade de rotação associado à utilização da configuração do parafuso mais cisalhante da extrusora propicia um aumento do módulo de Young do polipropileno. Análise de microscopia eletrônica de varredura mostrou que não houve uma boa dispersão das nanopartículas na matriz polimérica e que, apesar de haver um revestimento das partículas com estearato de cálcio, há necessidade de se obter interações mais fortes entre a matriz polimérica e a carga inorgânica. A comparação entre os perfis de parafuso utilizados no processo de extrusão mostrou que materiais mais resistentes à flexão e ao impacto são obtidos a 350 rpm, utilizando a configuração de parafuso menos cisalhante. Há, entretanto, redução das propriedades de tração. Para obtenção de nanocompósitos de polipropileno e carbonato de cálcio, outras condições de processamento, e/ou outros procedimentos de revestimento das cargas devem ser testados de forma a promover melhor dispersão da carga e melhor interação entre carga e matriz.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-08-07T14:31:04Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-08-07T14:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-06-03T18:10:51Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Gabriel Hoyer Lopes.pdf: 2245249 bytes, checksum: 97ec28c68a7d73e9ca22b258465c50c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-03T18:10:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Gabriel Hoyer Lopes.pdf: 2245249 bytes, checksum: 97ec28c68a7d73e9ca22b258465c50c6 (MD5) / 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.

Compósitos de polipropileno e carbonato de cálcio em escala nanométrica foram preparados através de processamento em extrusora de rosca dupla co-rotacional. Metodologia estatística (projeto de experimentos) foi utilizada para avaliar o efeito das variáveis: teor de carbonato de cálcio, velocidade de rotação e configuração dos parafusos nas propriedades dos materiais obtidos. As propriedades mecânicas foram determinadas por meio de ensaios de tração (ASTM D 638), de resistência à flexão (ASTM D 790) e de resistência ao impacto (ASTM D 256). A processabilidade dos materiais foi avaliada através de determinações do índice de fluidez (ASTM D 1238). A microscopia eletrônica de varredura foi usada para avaliar a dispersão da carga na matriz e para obter informações sobre a adesão interfacial entre ambas. Os resultados obtidos demonstraram que o teor de carga adicionado ao polímero é a variável que exerce influência mais significativa sobre o módulo de flexão e que o teor de carga e a rotação dos parafusos são as variáveis que mais afetam as propriedades de impacto. O aumento da concentração das nanopartículas causou um aumento do módulo de flexão e da resistência ao impacto, enquanto que o aumento da velocidade de rotação dos parafusos provocou a redução das propriedades do impacto. A configuração do parafuso é a variável que tem um efeito mais significativo sobre a resistência mecânica do material. A utilização de um perfil de parafuso mais cisalhante promoveu a obtenção de valores mais altos de resistência à tração. A velocidade de rotação foi a variável mais significativa na determinação do módulo de Young. O aumento da velocidade de rotação associado à utilização da configuração do parafuso mais cisalhante da extrusora propicia um aumento do módulo de Young do polipropileno. Análise de microscopia eletrônica de varredura mostrou que não houve uma boa dispersão das nanopartículas na matriz polimérica e que, apesar de haver um revestimento das partículas com estearato de cálcio, há necessidade de se obter interações mais fortes entre a matriz polimérica e a carga inorgânica. A comparação entre os perfis de parafuso utilizados no processo de extrusão mostrou que materiais mais resistentes à flexão e ao impacto são obtidos a 350 rpm, utilizando a configuração de parafuso menos cisalhante. Há, entretanto, redução das propriedades de tração. Para obtenção de nanocompósitos de polipropileno e carbonato de cálcio, outras condições de processamento, e/ou outros procedimentos de revestimento das cargas devem ser testados de forma a promover melhor dispersão da carga e melhor interação entre carga e matriz.

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.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-08-07T14:31:04Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-08-07T14:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / De modo geral, os materiais termoplásticos são sensíveis à radiação ultravioleta (UV), a qual provoca mudanças em suas estruturas químicas, afetando suas propriedades, principalmente as mecânicas, e características de aparência. A radiação ultravioleta (10-400 nm), em especial na faixa entre 290- 400 nm, é bastante agressiva aos materiais plásticos resultando na quebra de cadeias e/ou reticulação. Para aplicações agrícolas, são fatores críticos para envelhecimento: a radiação solar total, temperatura, umidade relativa do ar, esforço mecânico, presença de agroquímicos, poluição do ar e a combinação desses fatores. Os aditivos estabilizantes de luz são adicionados aos plásticos para aumentar a durabilidade do produto final. Existem diversos sistemas estabilizantes de luz, desenvolvidos de acordo com a resina, aplicação final, tipo de cultivo e outras características. Além dos estabilizantes convencionais, como por exemplo, benzofenona, benzotriazol e as moléculas do tipo aminas estericamente bloqueadas (HALS), existem também aditivos inorgânicos baseados em nanotecnologia. Este estudo avalia diferentes sistemas de aditivos: HALS, nano carbonato de cálcio (nCaCO3 ou NPCC), nano óxido de zinco (nZnO) e nano dióxido de titânio (nTiO2), aplicados a 0,25 % e 0,75 % (em massa) em polietileno de baixa densidade linear (PEBDL) e copoliéster alifático aromático. As amostras foram envelhecidas em QUV-B simulando 6 meses de exposição à intempérie. Foram realizados testes de resistência à tração, termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), índice de carbonila, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de absorção na região de ultravioleta e visível (UV-VIS). As propriedades das amostras não envelhecidas foram comparadas as envelhecidas para avaliar o desempenho dos vários sistemas de aditivos sobre o comportamento da degradação das amostras. Como resultado deste estudo, concluiu-se que há viabilidade da aplicação de nanopartículas como aditivos estabilizantes de luz (anti-UV), em especial o nZnO. Contudo, a aditivação do tipo HALS ainda mostrou-se mais eficaz, considerando os polímeros, sistemas de aditivação e proporções utilizadas. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

A constante evolução dos Materiais Poliméricos e seus compostos, a procura por um melhor desempenho e redução de peso em peças técnicas, têm levado a busca de soluções inovadoras em materiais termoplásticos para peças tradicionalmente produzidas em materiais metálicos. Nestes casos, a fase inicial de um projeto deve ser realizada com muito cuidado e é onde as metodologias de Seleção de Materiais e Processos de Fabricação (SMPF) mais podem contribuir para o sucesso de um produto. Existem muitas ferramentas para seleção de materiais, algumas delas até mesmo voltadas especificamente aos polímeros, mas nota-se que uma metodologia adequada - e talvez específica - ainda seja necessária. O objetivo deste trabalho foi analisar os métodos utilizados na academia e na indústria para a seleção de materiais termoplásticos, bem como os bancos de dados e programas de computador disponíveis, na busca de subsídios para auxiliar profissionais de projeto de produtos, sejam eles engenheiros ou não. Assim, tratou-se inicialmente de aspectos de Engenharia de Materiais e de SMPF e especificamente de Materiais Poliméricos termoplásticos, na busca de oferecer uma base comum por meio de definições e premissas utilizadas. Como é de interesse entender a inserção da filosofia de SMPF na indústria de transformação de materiais termoplásticos, investigou-se os processos de SMPF na academia e na indústria. A partir desta investigação, é apresentada uma discussão entre as semelhanças e uma possível intersecção entre estas duas realidades, analisando-se os sistemas existentes de maneira a apontar caminhos para estas duas áreas e culminando com uma proposta de modificações nas metodologias atuais para adequá-las as necessidades dos projetistas que trabalham com materiais poliméricos. / The constant evolution of polymers and its compounds, the search for better performance and weight reduction in parts have been leading to innovative solutions in thermoplastic replacing metals in parts traditionally made of the later. In such cases, the initial stages of a project needs a special care and are where the Material and Process Selection (MPS) tools can really shine. If the designer chooses wisely and take advantage of the design freedom made possible by the use of plastics, a part can not only be made more economically but also with a better performance. Many tools are available in the marketplace, some even designed to deal specifically with polymers, but it is becoming clear that a more adequate and specific polymer selection methodology is needed. The objective of this work is to analyze the methodologies used in the academy and in the industry in the area of thermoplastic materials selection, together with the databases and software available, in search for subsidies to help product designers in their work. In this way, this work deals initially with materials engineering, materials and process selection (MPS) and thermoplastic materials basic knowledge, in a way to offer a basis for discussion. As it tries to understand the MPS in the industry, these processes are investigated in the academy first, leading to a discussion on the similarities and possible intersection between both worlds, an analysis of the existing tools, and finally pointing towards modifications on the actual methodologies to bring the theory of MPS to the real world of designers.

Dans un contexte de développement durable, des matériaux thermoplastiques multiphasés biosourcés issus de dimères d’acides gras ont été élaborés pour développer une « eco-membrane » durable pour le bâtiment. Différentes formulations intégrant des polymères thermoplastiques biosourcés, polyuréthane thermoplastique (TPU) et polyamide (DAPA), des micro-charges minérales et des renforts cellulosiques ont été élaborées et analysées. Les relations « structures-propriétés » de ces systèmes multiphasés ont été étudiées. Les architectures macromoléculaires proches ont permis d’obtenir un certain degré de compatibilité entre les polymères. Les viscosités à l’état fondu du TPU et DAPA sont comparables, ce qui permet une bonne dispersion des phases du mélange lors de la mise en œuvre. Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des mélanges sont améliorées par ajout de micro-charges minérales. L’impact du facteur de forme des charges sur le module d’Young a été analysé et modélisé avec un modèle micro-mécanique. Des essais du type charge-décharge ont également été menés afin d’étudier le comportement à la fatigue des biocomposites. Enfin, les interactions et les affinités entre les renforts et polymères ont été approchées. Des modifications chimiques ont été développées à la surface des fibres afin de diminuer leurs caractères hydrophiles et d’améliorer la compatibilisation avec la matrice. L’impact de ces modifications sur l’interface fibres-matrice a ensuite été analysé. Les différentes études réalisées ont permis de sélectionner pas à pas les différents constituants de l’éco-membrane pour réaliser in fine un prototype prometteur. / In the context of sustainable development, renewable multiphase systems from thermoplastics based on dimers of fatty acids were prepared to develop a renewable waterproofing material for building applications. Formulations based on thermoplastics, i.e. thermoplastic polyurethane (TPU) and polyamide (DAPA), mineral micro-fillers and cellulosic fibers were prepared with a special focus on the morphology-property relationships of the multiphase systems obtained thereof. The close macromolecular architectures promote a certain degree of compatibility between the polymers. Comparable viscosities in the melt state ensure a good dispersion of the matrices within each other during processing. The mechanical properties and dimensional stability were improved with micro-fillers. The effect of the aspect ratio of the fillers on the elastic properties was investigated and micro-mechanical modelling of the Young’s Modulus was performed. The fatigue behavior of the biocomposites was also examined through loading and unloading tests. Finally, interactions and affinities between the fibers and polymers were characterized. Chemical modifications were carried out on the surface of the fibers to decrease their hydrophilic nature and improve the fiber-matrix adhesion. The effect of the chemical modification was then investigated. Step-by-step, the studies carried out ensured the selection of the optimal components for a renewable waterproofing material enabling the production of a promising prototype.

Due to the rising demand of light-weight constructions as well as the conservation of resources, the density and weight of thermoplastic parts could be influenced significantly by using the thermoplastic foam injection molding process. The structure of the foam injection molded part, which typically means solid surface layers and a cellular core, usually results in a weight saving. Furthermore the materials structure leads to an increasing of the specific bending stiffness with a simultaneous low tendency to warp. The present study was aimed to analyze the interactions between microcellular structure, joining process and the resulting mechanical properties of the molded part. Therefore, the microcellular injection molding process (MuCell®) as well as the vibration welding were used. Whereas the established welding processes for solid injection molded parts have already achieved a high degree of perfection within the last decades, the joining of microcellular thermoplastics entails several specific characteristics, because the injection foaming process highly influences the basic material properties. In contrast to solid materials, the weld seam properties after joining are mainly affected by the design constraints of the microcellular structure.

The training of movement procedures to increase the skills of athletes is a fundamental part of competitive sports. A realistic training, supported by technical equipment provides athletes a better success of training and is requested by trainers and training centers all over the world. Especially in winter sports, like luge or bob, a realistic training simulation is not always possible and demands adaptations of specific training procedures. As a part of this article, a new multilayer slide-foil will be presented, which allows athletes an even more realistic training. For this purpose the structure and production process of the foil composite will be shown, as well as results of the tribological behaviour of the foil. / Das Training von Bewegungsabläufen, zur Steigerung von Fähigkeiten, ist ein fundamentaler Bestandteil im Leistungssport. Ein realistisches Training, unterstützt durch technische Systeme, ermöglicht es Athleten optimale Trainingserfolge zu erzielen und wird dementsprechend von Trainern und Leistungszentren überall auf der Welt gewünscht. Insbesondere in Wintersportarten, wie z. B. Rennrodeln oder Bobfahren, kann dies allerdings nur bedingt realisiert werden und erfordert oftmals Abstriche bei der Trainingsgestaltung. Im Rahmen dieses Beitrags wird daher eine mehrschichtige Verbundfolie vorgestellt, welche den Athleten ein realistischeres Training ermöglichen soll. Hierzu werden zum einen der Aufbau und die Herstellung des Folienverbundes erläutert sowie tribologische Untersuchungsergebnisse präsentiert.