RIOS, A. S. Mechanical behavior of recycled polypropylene reinforced by coconut fibers using X-ray tomography and digital image correlation. 2015. 178 f. Tese (Doutorado em Ciência de Materiais) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-07-08T12:10:33Z
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Previous issue date: 2015-12-18 / Natural fibers has recently gained attention due to low environmental impact, low cost and easy
availability.
In this study, morphological and mechanical characterization
s
were carried out
on
Brazilian coconut fibers in the 'as received' and superficially treated conditions (NaOH, heated and
NaOH followed by heating),
o
n coconut fiber mats
manufactured by compres
sing,
polypropylene
(PP), recycled polypropylene (RPP) and composites involving these materials. Scanning Electron
Microscopy (SEM) and
X
-
ray tomography (XRT) were performe
d for morphological analysis and
uni
directional
tensile test following by
D
igital
I
mage
C
orrelation (DIC) and infrared thermography
were
used for mechanical analysis
.
SEM analysis showed that the chemically treated coconut fibers
have sharper external cell walls and circular particles with diameters of approximately 10 μm
. The
fibers hav
e different interfaces within the composite: fiber
-
matrix, fiber
-
latex and fiber
-
fiber.
XRT
presented the main constituents of natural coconut fiber with an area of about 57 to 60% of internal
voids and a mat composed by multidirectional fibers involved by
latex
. Coconut fibers distribution
is related to the injection direction during composites manufacturing. The volume fraction of
coconut fibers in composites and impurities in PP and RPP were determined in 3D direction. Some
coconut fibers not fully invol
ved by matrix demonstrate the incompatibility between fiber and
matrix.
The initial modulus (modulus of elasticity) and tensile strength decreased with increasing
diameters for the four conditions of coconut fibers
.
DIC analysis showed heterogeneous strain
s
fields on coconut fibers and on mats; the displacement fields showed the rupture process of coconut
fiber. Poisson’s ratio on the manufactured materials was determined through the transverse and
longitudinal strains found in the elastic region
. The cocon
ut fibers and the recycling of
polypropylene influenced on the mechanical properties of the polymers. The DIC identified strain
fields and yielding formation mechanisms on PP and the infrared thermography indicates that the
adiabatic process onset during t
he plastic deformation was formed during the alignment of polymer
chains. The heating zones were governed by post
-
yeld regime and presented parabolic shapes with
localized peak temperature. A numerical model could predict the stress
-
strain curve until the
maximum stress on the materials of this work. Through numerical parameters obtained by this
model, it was possible to determine each damage curve. Critical damage was determined and the
composites fabricated by RPP have more time for rupture propagation. D
amage evolution using
strain fields from DIC demonstrated that the longitudinal strains are predominant in relation to the
transverse strain on the damage process. Damage evolution from load/unload tensile testing
presented changes in modulus of elasticity
and a representative hysteresis. A critical damage value
of the composite in accordance with the literature was found. Constitutive relationships between the
longitudinal deformation and damage were represented by polynomial equations. The values of
longi
tudinal deformation related to the onset of damage using strain fields from DIC and from
load/unload are similar. Rupture micrographs of the composite manufactured by PP show a ductile
fracture and the presence of protrusions at homogeneous regions. RPP pr
esented fragile and ductile
fractures areas as well as heterogeneous regions of rupture. Rupture micrographs of a ruptured fiber
inside the composite shows microcracks around the rupture, similar to tensile testing on individual
fibers. / As fibras naturais recentemente ganhou atenção devido ao baixo impacto ambiental, baixo custo e fácil
disponibilidade.
Neste estudo, caracterização morfológica e mecânica
s
Foram realizadas
em
fibras de coco brasileiros nas condições "como recebido" e superficialmente tratados (NaOH, aquecida e
De NaOH seguida de aquecimento),
o
n esteiras de fibra de coco
fabricado pela compres
cantar,
polipropileno
(PP), polipropileno reciclado (RPP) e compósitos envolvendo estes materiais. Scanning Electron
Microscopia (MEV) e
X
-
ray tomografia (XRT) foram performe
d para análise morfológica e
uni
direcional
ensaio de tração seguinte por
D
igital
Eu
mago
C
QUADRO DE CORRESPONDÊNCIA (DIC) e termografia infravermelha
estavam
utilizado para análise mecânica
.
análise SEM mostrou que as fibras de coco quimicamente tratados
têm paredes celulares externas mais nítidas e partículas circulares com diâmetros de cerca de 10 um
. o
fibras hav
e diferentes interfaces dentro do compósito: Fibra
-
matriz, fibra
-
látex e fibras
-
fibra.
XRT
apresentados os principais constituintes de fibra de coco natural com uma área de cerca de 57 a 60% de interna
vazios e um tapete composto por fibras multidirecionais envolvidos por
látex
. distribuição de fibras de coco
está relacionada com a direcção de injecção durante a fabricação de compósitos. A fracção em volume de
fibras de coco em compósitos e impurezas em PP e RPP foram determinados em direção 3D. Alguns
fibras de coco não é totalmente INVOL
ved por matriz demonstram a incompatibilidade entre a fibra e
matriz.
O módulo inicial (módulo de elasticidade) e a resistência à tracção diminui com o aumento
diâmetros para as quatro condições de fibras de coco
.
análise DIC mostrou estirpe heterogénea
s
campos em fibras de coco e nas esteiras; os campos de deslocamento mostraram o processo de ruptura de coco
fibra. o coeficiente de Poisson dos materiais fabricados foi determinada através da transversal e
estirpes longitudinais encontrados na região elástica
. o cocon
fibras ut e a reciclagem de
polipropileno influenciado sobre as propriedades mecânicas dos polímeros. A cepa DIC identificados
campos e mecanismos de formação produzindo no PP ea termografia infravermelha indica que o
aparecimento processo adiabático durante t
ele deformação plástica foi formado durante o alinhamento do polímero
correntes. As zonas de aquecimento eram governados por correio
-
Rendimento regime e apresentadas formas parabólicas com
o pico de temperatura localizada. Um modelo numérico poderia prever o estresse
-
curva de tensão até que o
tensão máxima sobre os materiais deste trabalho. Através de parâmetros numéricos obtidos pela presente
modelo, foi possível determinar cada curva de danos. dano crítico foi determinado e o
compósitos fabricados pela RPP ter mais tempo para a propagação de ruptura. D
evolução Amage usando
campos de deformação de DIC demonstrado que as estirpes longitudinais são predominantes em relação ao
deformação transversal sobre o processo de danos. evolução do dano de testes de tração de carga / descarga
mudanças apresentadas no módulo de elasticidade
e um representante de histerese. Um valor crítico danos
do composto de acordo com a literatura foi encontrado. relações constitutivas entre o
deformação longitudinal e danos foram representadas por equações polinomiais. Os valores de
longi
deformação tudinal relacionadas com o aparecimento de danos usando campos de deformação de DIC e de
carga / descarga são semelhantes. micrografias ruptura dos compósitos fabricados pela PP mostram uma dúctil
fratura ea presença de saliências em regiões homogêneas. RPP pr
esented frágil e dúctil
fraturas áreas, bem como regiões heterogêneas de ruptura. micrografias de ruptura de uma fibra rompida
no interior do compósito mostra microfissuras em torno da ruptura, semelhante a testes de tração em cada
fibras. / Les fibres naturelles ont gagnées récemment l'attention en raison du
faible impact sur l'environnement,
faible coût et bonne disponibilité. Dans cette étude, des caractérisations morphologiques et mécaniques
ont été utilisées sur des fibres de coco brésiliens dans les conditions «brutes» et superficiellement
traitées (NaOH,
chauffé et de NaOH suivi par un chauffage), sur des tissus non
-
tissé de fibres de coco
produit par compression, polypropylène (PP), polypropylène recyclé (RPP) et sur des composites
impliquant ces matériaux. La microscopie électronique à balayage (MEB) et
la tomographie à rayons X
(XRT) ont été utilisées pour l'analyse morphologique et l'essai de traction uniaxiale suivi par corrélation
d'image numérique (DIC) et thermographie infrarouge ont été utilisés pour l'analyse mécanique. Le
MEB a montré que les fi
bres de coco traitées chimiquement ont des parois externes plus nettes et des
particules circulaires avec des diamètres d'environ 10 μm. Les fibres ont des interfaces différentes à
l'intérieur du composite: fibre
-
matrice, fibres
-
latex et fibres
-
fibres. La
XRT a présenté les principaux
constituants de la fibre de coco avec une superficie de vides internes d'environ 57 à 60% et un tissu non
-
tissé composé de fibres multidirectionnelles contournées par le latex. La distribuition de fibres de coco
est liée à la
direction d'injection lors de la fabrication de matériaux composites. La fraction volumique de
fibres de coco dans les composites et les impuretés dans les PP et RPP ont été déterminés dans la
direction 3D. Certaines fibres de coco non entièrement contourn
ées par la matrice démontrent
l'incompatibilité entre les fibres et la matrice. Le module initial (module d'élasticité) et la contrainte à la
traction ont diminué avec l'augmentation de diamètre pour les quatre conditions de fibres de coco.
L'analyse par D
IC a montré des champs de déformations hétérogènes sur les fibres de coco et sur les
tissus non
-
tissés; les champs de déplacement ont montrés le processus de rupture de la fibre de coco. Le
coefficient de Poisson des matériaux manufacturés a été déterminée
par des déformations transversales
et longitudinales trouvées dans la région élastique. Les fibres de coco et le recyclage de polypropylène
ont influencées les propriétés mécaniques des polymères.
Le DIC a identifié les champs de déformation
et les mécani
smes de formation de striction sur PP et la thermographie infrarouge indique que le début
de processus adiabatique pendant la déformation plastique a été formé pendant l'alignement des liaisons
polymériques. Les zones de chauffage ont été régies par le rég
ime post
-
striction et elles ont présentées
des formes paraboliques avec la température de pic localisé.
Un modèle numérique a prédit la courbe
contrainte
-
déformation jusqu'à la contrainte maximale. À travers des paramètres numériques obtenus par
ce modèle,
il a été possible de déterminer chaque courbe d'endommagement. Des endommagements
critiques et les composites fabriqués par RPP ont plus de temps à la propagation de la rupture.
L'évolution de endommagement par des champs de déformation a démontré que les
déformations
longitudinales sont prédominants par rapport à la déformation transversale dans le processus de
endommagement du matériel. L'évolution de endommagement par d'essais de traction de
charge/décharge a présenté des changements dans le module d'él
asticité et une hystérésis considérable.
Une valeur de endommagent critique dans le composite conformément à la littérature a été trouvé.
Des
relations constitutives entre déformation longitudinale et endommagement ont été représentées par
équations polyno
miales. Les valeurs de déformation longitudinale relative à l'apparition de
endommagement en utilisant champs de déformation et par charge/décharge sont similaires. Les
micrographies de rupture du composite fabriqué par PP montrent une fracture ductile et
la présence de
saillies associées à des régions homogènes. Le RPP a présenté des fractures fragiles et ductiles et régions
hétérogènes de rupture. Des micrographies montrent des microfissures autour de la rupture finale d'une
fibre cassée à l'intérieur du
composite similaire aux essais de traction sur les fibres individuelles
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/18242 |
| Date | 18 December 2015 |
| Creators | Rios, Alexandre de Souza |
| Contributors | Benallal, Ahmed, Deus, Ênio Pontes de |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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