Materiais e Processos
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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 Avaliação da morfologia e das propriedades mecânicas, térmicas e de biodegradação de compostos de PLA/PBAT contendo argila montmorilonita e/ou extensores de cadeia(2014) Freitas, A. L. P. L.O presente trabalho apresenta a avaliação da morfologia e das propriedades mecânicas, térmicas e de biodegradação de compostos de PLA/PBAT (ECOVIO® F Blend C2224) contendo argila montmorilonita (MMT) (Cloisite® 20A) e/ou extensores de cadeia (Joncryl® extrusora corrotacional de dupla rosca. Os grânulos processados foram avaliados, injetados e prensados em corpos de prova. A morfologia dos compostos avaliados foi verificada através da microscopia eletrônica de varredura (MEV) utilizando-se superfícies de fratura de corpos de prova provenientes dos ensaios de impacto. O grau de esfoliação da argila na matriz polimérica foi comprovado pelos ensaio de difração de raios X (DRX) e a efetividade dos extensores de cadeia por índice de fluidez (IF). As propriedades mecânicas foram verificadas através de ensaios de resistência à tração, flexão e impacto, e as propriedades térmicas a partir de temperatura de deflexão térmica (HDT). Para o ensaio de biodegradação corpos de provas foram enterrados em solo simulado com temperatura e umidade controladas, e de tempos em tempos analisou-se a perda de massa dos mesmos. A análise morfológica indicou que as blendas obtidas estão em forma de dispersão de gotas. Observou-se que para todas as composições analisadas houve segregação da fase dispersa para o centro do corpo de prova injetado. A argila MMT favoreceu a coalescência das partículas no centro dos corpos de prova. Os resultados dos ensaios de raios X indicaram que o tipo de processamento para a obtenção dos corpos de prova afetou a esfoliação da argila na matriz das blendas: a argila apresentou-se esfoliada em corpos de prova prensados e intercalada em corpos de prova injetados. A adição de MMT resultou num decréscimo das propriedades mecânicas. Todavia, a adição de MMT estimulou a biodegradação do material, além de retardar a sua degradação térmica. Os extensores de cadeia promovem recuperação de parte das propriedades mecânicas em flexão e impacto perdidas com o processamento e com a inclusão da argila e retardaram a degradação térmica dos compostos. Dentre os exgtensores o de estrutura ramificada (Joncryl® 4368) mostrou-se mais eficiente que o de estrutura linear (Joncryl® 4300) no aumento da massa molar.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 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.