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Navegando Materiais e Processos por Orientador "Bonse, B. C."
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Dissertação Caracterização e comparação do desempenho mecânico entre compósitos de polipropileno contendo fibras de vidro longas, e de poliamida 6 contendo fibras de vidro curtas(2021) Moraes, E.Atualmente a poliamida reforçada com fibras de vidro curtas (PA SGF) tem sido usada amplamente na indústria automotiva em peças técnicas. Com baixo custo em comparação à poliamida 6 (PA6), o polipropileno reforçado com fibras longas (PP LGF) tornou-se um potencial candidato para substituir peças metálicas. Estes dois compósitos, na forma de grânulos, contendo 30%, 40% e 50% de fibras em massa, foram injetados em corpos de prova, sendo alguns envelhecidos a 140°C por 500 h e 1000 h. Os corpos de prova, envelhecidos e não, foram submetidos a ensaios mecânicos estáticos e dinâmicos, térmicos, químicos e morfológicos. Um comparativo entre propriedades destes compósitos mostrou que com o aumento nos teores de fibras, houve um aumento linear nos módulos elásticos e nas resistências à tração e à flexão de ambos. A tenacidade e a resistência ao impacto também apresentaram aumento, mas não linearmente, enquanto a deformação na ruptura e a resistência à fadiga flexural diminuíram. O PP com 40% de fibras longas (PP 40 LGF) apresentou resistência ao impacto superior, módulo elástico em tração e resistência à flexão similar à da PA6 com 30% de fibras curtas (PA6 30 LGF). O compósito PP 50 LGF apresentou módulo elástico em tração igual ao do PA6 40 SGF, resistência à flexão superior ao compósito PA6 40 SGF e muito próximo à do PA6 50 SGF, e resistência ao impacto superior à do PA6 30 SGF. A estabilidade térmica, grau de cristalinidade e temperatura de fusão se mantiveram praticamente constantes com o aumento no teor de fibras. Após o envelhecimento térmico a 140 ºC por 500 e 1000 horas, ensaios de espectroscopia no infravermelho evidenciaram a degradação termo-oxidativa nas amostras de PP LGF e mesmo com o aumento no grau de cristalinidade apontado pelo DSC, teve redução de algumas propriedades. Para os compósitos PA6 SGF pode ter ocorrido uma transformação de fase ?? mais dúctil, para uma fase ?? menos dúctil e mais resistente, elevando algumas propriedades. O envelhecimento também prejudicou a adesão fibra/matriz, facilitando o arrancamento e o descolamento das fibras, observado por microscopia eletrônica de varredura, diminuindo a resistência e fragilizando ambos os compósitos, especialmente quando foram submetidos à fadiga por flexão. A similaridade entre várias propriedades mostrou que há grande potencial da substituição da PA6 SGF pelo PP LGF, entretanto ensaios adicionais são necessários, preferencialmente em uma peça real.Dissertação Dissertação Compósito de polipropileno e fibras de pet reciclado:compatibilização e propriedades mecânicas(2012) Nonato, R. C.A preservação do meio ambiente é hoje algo de importância ímpar para todos os campos da ciência, bem como a busca por produtos e processos sustentáveis. A reciclagem dos materiais produzidos não é apenas um desejo, mas sim uma necessidade. Esse trabalho estudou o comportamento mecânico e térmico de compósitos de polipropileno com fibras de PET reciclado. A melhora da adesão entre os materiais foi feita com a adição do agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico, ou PP-g-MA. Utilizou-se planejamento fatorial 2² com ponto central, no qual as composições foram preparadas variando-se a quantidade de fibra PET (nível inferior = 10%, ponto central = 14% e nível superior = 18%) e quantidade de agente compatibilizante (nível inferior = 1%, ponto central = 2,5% e nível superior = 4%). Preparou-se também uma composição com 5% de fibras e 4% de compatibilizante para efeito de comparação. O comportamento mecânico foi avaliado por ensaios de tração, flexão, impacto e fadiga, e o comportamento térmico por HDT (Heat Deflection Temperature) e DSC (Differential Scanning Calorimetry). As superfícies de fratura e as fibras foram observadas por meio de microscópio eletrônico de varredura. Fez-se uso da análise estatística de regressão múltipla para se avaliar os efeitos das interações entre as variáveis. O nível de significância adotado foi de 5% com intervalo de confiança de 95%. A resistência à tração, módulo em tração, tensão em flexão para 5% de deformação, módulo em flexão e temperatura HDT apresentaram um aumento com a adição de fibras. A deformação na ruptura, resistência ao impacto e fadiga em tração apresentaram queda. Já para adição de agente compatibilizante a resistência à tração, tensão em flexão para 5% de deformação, módulo em flexão, fadiga em tração e temperatura HDT apresentaram aumento, enquanto que o módulo em tração, deformação na ruptura e resistência ao impacto apresentaram queda. Notou-se porém que para 5% de fibras os valores de resistência ao impacto aumentaram. A cristalinidade medida por DSC apresentou queda para os compósitos quando comparados aos valores de PP e PETr puro, as exceções ficaram por conta das composições com 10% de fibra PETr e 4% de compatibilizante e a composição com 14% de fibra e 2,5% de compatibilizante. Concluiu-se que fibras de PET reciclado auxiliadas por agente compatibilizante específico podem ser usadas na fabricação de compósitos com matriz de polipropilenoDissertação Composto de PA12 contendo resíduos de polietileno reticulado (XLPE): propriedades e avaliação de resíduos de ionômeros na sua compatibilização em relação a um agente compatibilizante comercial(2022) Moraes, W. G. B.O polietileno reticulado (XLPE) é utilizado principalmente como revestimento e isolante de fios e cabos elétricos. Por conta das ligações cruzadas neste material, a reciclagem por fusão se torna inviável e resíduos deste são incinerados ou encaminhados a aterros. Trabalhos anteriores concluíram que a adição de XLPE em PE e PP, termoplásticos commodities, aumentaram a sua resistência ao impacto. Estudou-se então a incorporação do XLPE em um termoplástico de engenharia, a poliamida 12, utilizando-se um agente compatibilizante comercial, polietileno enxertado com anidrido maleico (PE-g-MA), e resíduos de dois ionômeros como candidatos a agente compatibilizante: Surlyn® e Sentryglas®. Para isto, desenvolveram-se formulações com 20% em massa de XLPE e 0, 2, 4 e 8% em massa de cada compatibilizante. As formulações foram obtidas em extrusora dupla rosca corrotacional com a injeção posterior de corpos de prova, os quais foram submetidos a testes de tração, impacto, flexão e temperatura de deflexão térmica (HDT). Foram realizados também ensaios para determinação do tamanho das partículas do XLPE, calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), difração de raios X (DRX), índice de fluidez e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de DSC mostraram que a adição do XLPE e dos agentes compatibilizantes reduziu o grau de cristalinidade da PA12. As análises morfológicas evidenciaram adesão pobre entre PA12 e XLPE. As micrografias das formulações com PE-g-MA mostraram melhora na adesão da matriz e a fase dispersa, o que não foi observado com a adição dos ionômeros. Os ensaios mecânicos corroboraram o observado nas imagens geradas por MEV, ou seja, a falta de adesão faz com que a adição do XLPE reduza fortemente as propriedades mecânicas, com exceção da resistência ao impacto, que aumentou 120% comparada à formulação sem XLPE. A adição do PE-g-MA resultou em certa recuperação de algumas propriedades como resistência à tração, alongamento na ruptura e um aumento adicional de 8% em comparação à formulação sem compatibilizante. A adição dos ionômeros causou redução na maioria das propriedades em comparação com o composto sem compatibilizaçãoDissertação Dissertação Efeito do tamanho de partícula de carbonato de cálcio em poliamida 6:processamento, propriedades mecânicas e térmicas(2015) Molina, L. M.A partir da incorporação em poliamida 6 (PA6) de 5, 7,5 e 10% em massa dos carbonatos de cálcio (CaCO3) precipitado (PCC), natural (NCC) e nanoparticulado (NPCC), além de 20% de PCC e NCC, avaliou-se o efeito do tamanho de partícula e do teor da carga no processamento, nas propriedades mecânicas, térmicas e morfológicas dos compósitos finais. O CaCO3 foi incorporado à PA6 por meio de mistura manual, seguido de extrusão em extrusora dupla rosca e granulação. Corpos de prova foram injetados a partir das amostras extrudadas para realização dos ensaios mecânicos e térmicos. Notou-se durante o processamento, redução no torque da extrusora para todos os compostos, com destaque para a amostra contendo 10% de NPCC que apresentou uma redução de aproximadamente 45% em relação ao polímero puro. As análises de espectroscopia no infravermelho (FTIR) e difração de raios X (DRX) dos CaCO3 indicaram que o PCC e NPCC consistiam do polimorfo calcita, enquanto que o NCC consistia de uma mistura de calcita e aragonita. As micrografias revelaram que o NPCC apresentou menor tamanho de aglomerados, bem como, melhor homogeneização que as amostras de NCC e PCC. A análise de calorimetria exploratória diferencial (DSC) mostrou que a presença de CaCO3 favorece a formação da fase ? na PA6, apresentando maior efeito para as amostras contendo NCC e NPCC, também evidenciada pelas análises de DRX. O DSC mostrou também que a presença da carga reduziu a cristalinidade para todos os compostos analisados em aproximadamente 15% (com exceção para amostras contendo 5% de PCC e 7,5% de NCC). As análises termogravimétricas (TGA) mostraram que a presença de CaCO3 reduz a estabilidade térmica do polímero independentemente do tipo incorporado. O índice de fluidez das amostras com 5% de CaCO3 diminuiu em relação ao do polímero puro, em contrapartida, os compostos contendo 7,5 e 10% de NPCC apresentaram resultado aproximadamente 50% superior ao do PA6 pura. Quanto às propriedades mecânicas, a resistência ao impacto dos compósitos diminuiu comparada àquela do polímero puro. As resistências à tração e à flexão dos compostos aumentaram com o aumento do teor de carga incorporada, assim como os módulos elásticos, demonstrando o efeito reforçante, mesmo para o PCC e NCC. Dentre os teores de NPCC estudados, 7,5% em massa pode ser considerado o teor de incorporação ótimo em termos de propriedades mecânicas dos compósitos. Este teor apresentou valores de propriedades mecânicas similares ao teor de 20% NCC, enquanto que o 20% NPCC apresentou os maiores valores. Portanto, a incorporação de CaCO3 nanoparticulado em PA6 pode ser uma alternativa viável em processos onde se necessita de alto fluxo conciliado com baixo atrito, proporcionando aumento também de propriedades mecânicas, comparáveis aos compósitos contendo CaCO3 natural e CaCO3 precipitado, já aplicados no mercado. O compósito contendo CaCO3 nanoparticulado seria ideal na injeção de peças com elevado grau de complexidade, porém não aconselhável em aplicações de contato direto com altas temperaturas devido à redução da estabilidade térmica do mesmo.Dissertação Dissertação Estudo da influência dos teores de fibra, agente compatibilizante e tamanho de fibra nas propriedades de compósitos de polipropileno com fibra de bambu(2011) Caranti, Lilian Roberta ArisaA necessidade contemporânea de preservação ecológica desafia os campos da ciência a desenvolverem materiais e processos ambientalmente sustentáveis. A pesquisa de compósitos reforçados com fibras vegetais celulósicas busca suprir esta necessidade. Comparativamente, o biocompósito requer menos energia para produção do que material homólogo reforçado com fibras sintéticas. Ademais, fibras vegetais são biodegradáveis e procedentes de fontes renováveis. O presente trabalho deu ênfase ao estudo dos comportamentos mecânico e térmico do compósito de uma matriz termoplástica de polipropileno com fibra de bambu (Phyllostachys Edulis). A adesão interfacial entre os dois materiais foi promovida por meio de agente compatibilizante polipropileno enxertado com anidrido maleico PP-g-MA. Utilizou-se planejamento experimental fatorial 23 por meio do estudo de 8 formulações preparadas com variações quanto ao tamanho médio de fibra (nível inferior = 0,94 mm e nível superior = 2,19 mm), teor de fibra (20% e 40% em massa) e agente compatibilizante PP-g-MA (1% e 4% em massa). O comportamento mecânico do compósito foi avaliado por meio de ensaios de tração, flexão, impacto e fadiga. O comportamento térmico por meio de ensaio de deflexão por temperatura. Na investigação morfológica utilizou-se microscopia óptica. A cristalinidade foi medida por difração de raios X e as superfícies fraturadas foram observadas e analisadas por meio de microscopia eletrônica de varredura. A análise estatística de regressão múltipla avaliou os efeitos de interação das variáveis. O nível de significância adotado foi 0,05 com intervalo de confiança de 95%. O ponto ótimo foi obtido por curvas de contorno. A resistência à tração, o módulo em tração, a resistência à flexão, o módulo em flexão, a vida em fadiga e a temperatura de deflexão térmica do compósito aumentaram significativamente com a incorporação de 40% de fibra de bambu. O alongamento à ruptura e a tenacidade diminuíram com o aumento do teor de fibras. A adição do agente compatibilizante influenciou positivamente a resistência à tração, a deformação na ruptura, a tenacidade, a resistência à flexão, o módulo em flexão, a vida em fadiga e a resistência ao impacto do material. O aumento do tamanho da fibra foi signifcativo e positivo apenas nas propriedades mecânicas tensão máxima em tração e módulo em flexão. O aumento do teor de fibra de bambu acarretou queda no grau de cristalinidade do compósito, o grau de cristalinidade foi superior na direção longitudinal comparado à direção transversal ao fluxo de injeção. Fibras de bambu, auxiliadas por agente compatibilizante, podem ser utilizadas com êxito na manufatura de compósitos poliméricos reforçados com fibra, exceto para aplicações que requeiram alta resistência ao impacto.Dissertação Resíduo de polietileno reticulado (XLPE) como modificador de impacto em polipropileno(2018) Silva, L. M. R.O polietileno reticulado XLPE é amplamente aplicado como isolamento de fios e cabos elétricos. O que lhe confere propriedades diferentes de um polietileno convencional para tal aplicação são as ligações cruzadas presentes em sua estrutura, o que o torna infusível e insolúvel. Logo, a recuperação deste material via processos de reciclagem tradicionais por fusão não é possível, o que tem gerado um índice alto de refugo industrial e de pós-consumo, sendo destinado em maior proporção a aterros sanitários. Trabalhos têm sido desenvolvidos para viabilizar a utilização destes resíduos, minimizando assim os impactos ambientais e proporcionando novas aplicações, somado ao ganho de propriedades. Até o momento somente trabalhos em matriz de polietileno foram desenvolvidos. Estudou-se a incorporação de resíduos de XLPE micronizado, em polipropileno (PP), utilizando um copolímero de etileno propileno (EPM), como agente compatibilizante. Foram realizados dois tipos de processamento: extrusão direta de todos os componentes em dupla rosca (XD), e pré-mistura do XLPE e EPM em uma câmara de mistura com rotor banbury, e posterior extrusão com PP em dupla rosca (MBX). A concentração de XLPE foi de 5, 15 e 25% e a de EPM de 4, 6 e 8% em massa. Ensaios de tração, impacto e flexão foram realizados para avaliar as influências nas propriedades mecânicas, temperatura de deflexão térmica (HDT) para caracterização térmica, e para análise morfológica foi realizada microscopia eletrônica de varredura (MEV) para avaliar a dispersão e adesão na interface. Os diferentes processos mostraram afetar de maneira diferente a dispersão e mistura. A presença de maior concentração de XLPE contribuiu para o aumento da resistência ao impacto. O planejamento experimental 2 por 2 com ponto central mostrou que nos dois processos estudados os aumentos nos teores tanto de XLPE como de EPM tiveram efeito significativo e reduziram as resistências e módulos elásticos em tração e flexão. A interação entre as variáveis teve efeito significativo e negativo apenas nas resistências ao impacto e à tração, no processo de extrusão direto. O efeito significativo e positivo foi do EPM na resistência ao impacto, no processo de extrusão direto e parece atuar mais como modificador de impacto do que como compatibilizante.