901 resultados para Composite materials -- Biodegradation
Resumo:
As excelentes propriedades mecnicas, associadas ao seu baixo peso, fazem com que os materiais compsitos sejam atualmente dos mais interessantes da nossa sociedade tecnolgica. A crescente utilizao destes materiais e a excelncia dos resultados da provenientes faz com que estes materiais sejam utilizados em estruturas complexas de responsabilidade, pelo que a sua maquinagem se torna necessria de forma a possibilitar a ligao entre peas. O processo de furao o mais frequente. O processo de maquinagem de compsitos ter como base os mtodos convencionais utilizados nos materiais metlicos. O processo dever, no entanto, ser convenientemente adaptado, quer a nvel de parmetros, quer a nvel de ferramentas a utilizar. As caractersticas dos materiais compsitos so bastante particulares pelo que, quando so sujeitos a maquinagem podero apresentar defeitos tais como delaminao, fissuras intralaminares, arrancamento de fibras ou dano por sobreaquecimento. Para a deteco destes danos, por vezes a inspeo visual no suficiente, sendo necessrio recorrer a processos especficos de anlise de danos. Existem j, alguns estudos, cujo mbito foi a obteno de furos de qualidade em compsitos, com minimizao do dano, no se podendo comparar ainda com a informao existente, no que se refere maquinagem de materiais metlicos ou ligas metlicas. Desta forma, existe ainda um longo caminho a percorrer, de forma a que o grau de confiana na utilizao destes materiais se aproxime aos materiais metlicos. Este trabalho experimental desenvolvido nesta tese assentou essencialmente na furao de placas laminadas e posterior anlise dos danos provocados por esta operao. Foi dada especial ateno medio da delaminao causada pela furao e resistncia mecnica do material aps ser maquinado. Os materiais utilizados, para desenvolver este trabalho experimental, foram placas compsitas de carbono/epxido com duas orientaes de fibras diferentes: unidireccionais e em cross-ply. No se conseguiu muita informao, junto do fornecedor, das suas caractersticas pelo que se levaram a cabo ensaios que permitiram determinar o seu mdulo de elasticidade. Relativamente sua resistncia trao, como j foi referido, a grande resistncia oferecida pelo material, associada s limitaes da mquina de ensaios no permitiu chegar a valores conclusivos. Foram usadas trs geometrias de ferramenta diferentes: helicoidal, Brad e Step. Os materiais utilizados nas ferramentas, foram o ao rpido (HSS) e o carboneto de tungstnio para as brocas helicoidais de 118 de ngulo de ponta e apenas o carboneto de tungstnio para as brocas Brad e Step. As ferramentas em diamante no foram consideradas neste trabalho, pois, embora sejam reconhecidas as suas boas caractersticas para a maquinagem de compsitos, o seu elevado custo no justifica a sua escolha, pelo menos num trabalho acadmico, como o caso. As vantagens e desvantagens de cada geometria ou material utilizado foram avaliadas, tanto no que diz respeito delaminao como resistncia mecnica dos provetes ensaiados. Para a determinao dos valores de delaminao, foi usada a tcnica de Raio X. Algum conhecimento j existente relativamente a este processo permitiu definir alguns parmetros (por exemplo: tempo de exposio das placas ao liquido contrastante), que tornaram acessvel o procedimento de obteno de imagens das placas furadas. Importando estas imagens para um software de desenho (no caso AutoCad), foi possvel medir as reas delaminadas e chegar a valores para o fator de delaminao de cada furo efetuado. Terminado este processo, todas as placas foram sujeitas a ensaios de esmagamento, de forma a avaliar a forma como os parmetros de maquinagem afectaram a resistncia mecnica do material. De forma resumida, so objetivos deste trabalho: - Caracterizar as condies de corte em materiais compsitos, mais especificamente em fibras de carbono reforado com matriz epxida (PRFC); - Caracterizao dos danos tpicos provocados pela furao destes materiais; - Desenvolvimento de anlise no destrutiva (RX) para avaliao dos danos provocados pela furao; - Conhecer modelos existentes com base na mecnica da fratura linear elstica (LEFM); - Definio de conjunto de parmetros ideais de maquinagem com o fim de minimizar os danos resultantes da mesma, tendo em conta os resultados provenientes dos ensaios de fora, da anlise no destrutiva e da comparao com modelos de danos existentes e conhecidos.
Resumo:
As ligaes adesivas so frequentemente utilizadas na fabricao de estruturas complexas que no poderiam ou no seriam to fceis de ser fabricadas numa s pea, a fim de proporcionar uma unio estrutural que, teoricamente, deve ser pelo menos to resistente como o material de base. As juntas adesivas tm vindo a substituir mtodos como a soldadura, e ligaes parafusadas e rebitadas, devido facilidade de fabricao, menor custo, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistncia, entre outras caractersticas. Os materiais compsitos reforados com fibra de carbono so amplamente utilizados em muitas indstrias, tais como de construo de barcos, automvel e aeronutica, sendo usados em estruturas que requerem elevada resistncia e rigidez especficas, o que reduz o peso dos componentes, mantendo a resistncia e rigidez necessrias para suportar as diversas cargas aplicadas. Embora estes mtodos de fabricao reduzam ao mximo as ligaes atravs de tcnicas de fabrico avanadas, estas ainda so necessrias devido ao tamanho dos componentes, limitaes de projecto tecnolgicas e logsticas. Em muitas estruturas, a combinao de compsitos com metais tais como alumnio ou titnio traz vantagens de projecto. Este trabalho tem como objectivo estudar, experimentalmente e por modelos de dano coesivo (MDC), juntas adesivas em L entre componentes de alumnio e compsito de carbono epxido quando solicitados a foras de arrancamento, considerando diferentes configuraes de junta e adesivos de ductilidade distinta. Os parmetros geomtricos abordados so a espessura do aderente de alumnio (tP2) e comprimento de sobreposio (LO). A anlise numrica permitiu o estudo da distribuio das tenses, evoluo do dano, resistncia e modos de rotura. Os testes experimentais validam os resultados numricos e fornecem mecanismos de projecto para juntas em L. Foi mostrado que a geometria do aderente em L (alumnio) e o tipo de adesivo tm uma influncia directa na resistncia de junta.
Resumo:
A tecnologia de ligao por adesivos estruturais tem vindo a ser utilizada ao longo de vrias dcadas, permitindo solucionar diversos problemas associados a tcnicas chamadas "tradicionais" de ligao, como a soldadura, a rebitagem ou a ligao aparafusada. Esta uma alternativa vivel para substituir as ligaes mecnicas, devido a diversos fatores como o menor peso estrutural, menor custo de fabricao e capacidade de unio de diferentes materiais. O crescente recurso a materiais compsitos em diversas indstrias, nomeadamente a aeronutica e naval, levaram ao consequente aumento da aplicao de ligaes adesivas, por serem indicadas como forma de unio destes materiais, onde de enaltecer a sua elevada resistncia fadiga. Uma junta adesiva est maioritariamente sujeita a esforos de corte e arrancamento e portanto o conhecimento dos mdulos de elasticidade trao (E) ou corte (G) do adesivo, e ainda as resistncias mximas trao e ao corte, no suficiente quando se pretende prever o comportamento da mesma. Na verdade, torna-se necessrio abranger na anlise a plastificao progressiva verificada nas juntas adesivas antes da rotura, sendo necessrio o conhecimento de parmetros tais como a taxa crtica de libertao de energia de deformao trao (GIc) e corte (GIIc). Este trabalho pretende estudar um adesivo estrutural recentemente lanado no mercado, carecendo portanto da sua caracterizao, para facilitar a previso da resistncia de estruturas adesivas ligadas com o mesmo. So 4 os ensaios a realizar: ensaios trao de provetes em bruto, ensaios ao corte com a geometria Thick Adherend Shear Test (TAST), ensaios Double-Cantilever Beam (DCB) e ensaios End-Notched Flexure (ENF). Com a realizao dos ensaios referidos, sero determinadas as propriedades mecnicas e de fratura trao e ao corte, e sero fornecidos os parmetros para a previso da resistncia de juntas adesivas com este adesivo por uma variedade de mtodos, desde mtodos analticos mais expeditos at aos mtodos numricos mais avanados existentes atualmente. Os resultados foram de encontro aos disponibilizados pelo fabricante, sempre que estes se encontravam disponveis, obtendo-se discrepncias bastante reduzidas nos diversos parmetros determinados.
Resumo:
Durante as ltimas dcadas, os materiais compsitos tm substitudo com sucesso os materiais tradicionais em muitas aplicaes de engenharia, muito devido s excelentes propriedades que se conseguem obter com a combinao de materiais diferentes. Nos compsitos reforados com fibras longas ou contnuas tem-se verificado, ao longo dos ltimos anos, um aumento do uso de matrizes termoplsticas, fruto de vrias vantagens associadas, como o facto de serem bastante mais ecolgicas, comparativamente s termoendurecveis. No entanto, este aumento est muito dependente do desenvolvimento de novas tecnologias de processamento, pois a elevada viscosidade dos termoplsticos, comparativamente aos termoendurecveis, dificulta significativamente o processo. Muitos equipamentos de produo de termoplsticos so resultado de adaptaes de equipamentos de produo de termoendurecveis, onde normalmente necessrio adicionar fornos de pr-aquecimento. Neste trabalho, pretendeu-se produzir pr-impregnados de fibras contnuas com matriz termoplstica, por deposio a seco de polmero em p sobre fibras de reforo (denominados por towpreg) para, posteriormente, serem transformados por pultruso e caracterizados. As matrias-primas utilizadas foram: Polipropileno (PP) como matriz termoplstica e fibra de carbono como reforo. Por forma a melhorar as propriedades finais do compsito, foram otimizadas as condies de processamento na produo dos towpregs, estudando-se a influncia da variao dos parmetros de processamento no teor de polmero presente nestes, tendo como objetivo teores mssicos de polmero superiores a 30%. A condio tima e a influncia dos parmetros de processamento foram obtidas com o auxlio do Mtodo de Taguchi. Os perfis produzidos por pultruso foram sujeitos a ensaios de flexo, de forma a obter as suas propriedades quando sujeitos a esse tipo de esforo. Foram tambm realizados ensaios de calcinao de forma a obter as fraes mssicas de fibra e polmero presentes no compsito final. Sabidas as fraes mssicas, converteramse em fraes volmicas e obtiveram-se as propriedades teoricamente esperadas atravs da Lei das Misturas e compararam-se com as obtidas experimentalmente. As propriedades obtidas foram tambm comparadas com as de outros compsitos pultrudidos.
Resumo:
Nos ltimos anos, a utilizao dos materiais compsitos tem vindo a tornar-se cada vez mais comum em vrias indstrias, onde se verifica uma ascenso na procura pelos mesmos. Caractersticas como o baixo peso aliado sua alta resistncia e rigidez permitem que estes materiais possuam diversas aplicaes em variadas reas, desde a medicina, aeronutica, indstria automvel e aeroespacial, at indstria eletrnica. Hoje em dia, o uso de desperdcios slidos de borracha e fibras naturais na produo de materiais compsitos , mais que uma opo, uma necessidade ambiental. De forma a reduzir as enormes quantidades de desperdcios, foi criado um material compsito constitudo por uma resina termoendurecvel reforada com esses dois tipos de desperdcios. Parmetros de fabrico como a percentagem de borracha, o tamanho das partculas de borracha, a percentagem de fibras de cana-de-acar e o comprimento dessas fibras foram variados, com o objetivo de estudar a influncia destes dois materiais nas propriedades mecnicas do compsito. Apesar da maior parte dos compsitos serem fabricados na forma de uma pea funcional quase pronta a ser utilizada, por vezes necessrio recorrer maquinao de furos. Apesar das muitas tcnicas de furao existentes, os defeitos resultantes deste processo aplicado aos materiais compsitos so ainda muito comuns. Desses defeitos o que mais se destaca sem dvida a delaminao. Trinta e seis provetes de epxido reforado com borracha e fibra de cana-de-acar foram fabricados e furados, de modo a possibilitar o estudo das propriedades mecnicas do material compsito, assim como a anlise da zona danificada durante a furao. Diferentes condies de furao, como tipos de broca e velocidades de avano diferentes, foram impostas aos provetes de forma a variar o mais possvel a zona de dano de uns furos para os outros. Parmetros como a rea de dano ou ainda o fator de delaminao provam ser muito teis na caracterizao e quantificao do dano na zona perifrica de um furo. Recorrendo a tcnicas de processamento de imagem foi possvel obter esses parmetros. O processamento e anlise de imagem pode ser feito atravs de vrios mtodos. O mtodo utilizado neste trabalho foi o software MATLAB associado a ferramentas de processamento de imagem. Depois de feita a anlise dos furos foram realizados ensaios de esmagamento a todos os provetes. Este passo permitiu assim avaliar de que forma os parmetros de furao influenciam a resistncia mecnica do material, e se a avaliao realizada aos furos um mtodo vivel para a avaliao da extenso de dano nesses furos.
Resumo:
A pultruso uma tcnica j sobejamente conhecida de produo de perfis de seco constante, tais como barras, cantoneiras, perfis estruturais ou tubos, em materiais compsitos de matriz polimrica. A necessidade de, em determinadas aplicaes, utilizar perfis que proporcionem melhor isolamento trmico, melhor isolamento acstico ou possuam um momento de inrcia ligeiramente superior, sem que o peso prprio seja significativamente afectado, levou produo de perfis pultrudidos hbridos, com ncleos baseados em pr-formas ou na alimentao contnua de resduos. Realizados os prottipos seguindo as metodologias acima descritas, urge verificar se as propriedades dos perfis hbridos correspondem s expectativas inicialmente neles depositadas, atravs de testes destrutivos e no-destrutivos. Assim, foram realizados testes traco, compresso e flexo, no intuito de verificar os ganhos conseguidos e poder analisar o valor-acrescentado trazido por estes novos perfis em termos estruturais. Estes valores, depois de devidamente validados, permitiro a sua insero em bases de dados agregadas a programas de clculo estrutural, que efectuam de forma automtica o dimensionamento de estruturas baseadas em perfis desta natureza. Complementarmente, foram realizados testes de isolamento trmico e acstico, com vista a quantificar a melhoria conseguida nestas propriedades, extremamente importantes em determinados tipos de aplicaes ligadas construo civil e obras pblicas.
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Dissertao para a obteno do grau de Mestre em Engenharia Mecnica
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Innovative composite materials made of continuous fibers embedded in mortar matrices have been recently received attention for externally bonded reinforcement of masonry structures. In this regards, application of natural fibers for strengthening of the repair mortars is attractive due to their low specific weight, sustainability and recycability. This paper presents experimental characterization of tensile and pull-out behavior of natural fibers embedded in two different mortar-based matrices. A lime-based and a geopolymeric-based mortar are used as sustainable and innovative matrices. The obtained experimental results and observations are presented and discussed.
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This work compares the viscoelastic properties of an asphalt binder (70/100 pen) modified with different waste plastics and the mechanical properties of the resultant asphalt mixtures. Two different plastic wastes were used, namely recycled HDPE and EVA. Three different polymer modified binders were produced with these plastic wastes: i) 5% HDPE modified binder (P5); ii) 5% EVA modified binder (E5) and; iii) a modified binder with 4% of EVA and 2% HDPE (E4P2). Asphalt mixtures were produced with these modified binders, and their mechanical properties were analysed and compared with a conventional mixture produced with a 30/50 pen bitumen. It was possible to conclude that these recycled polymers are able to improve the mechanical performance of the asphalt mixtures used in road paving.
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Tese de Doutoramento em Engenharia Civil
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Tese de Doutoramento Engenharia Txtil
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Understanding the behavior of c omplex composite materials using mixing procedures is fundamental in several industrial processes. For instance, polymer composites are usually manufactured using dispersion of fillers in polymer melt matrices. The success of the filler dispersion depends both on the complex flow patterns generated and on the polymer melt rheological behavior. Consequently, the availability of a numerical tool that allow to model both fluid and particle would be very useful to increase the process insight. Nowadays there ar e computational tools that allow modeling the behavior of filled systems, taking into account both the behavior of the fluid (Computational Rheology) and the particles (Discrete Element Method). One example is the DPMFoam solver of the OpenFOAM framework where the averaged volume fraction momentum and mass conservation equations are used to describe the fluid (continuous phase) rheology, and the Newtons second law of motion is used to compute the particles (discrete phase) movement. In this work the refer red solver is extended to take into account the elasticity of the polymer melts for the continuous phase. The solver capabilities will be illustrated by studying the effect of the fluid rheology on the filler dispersion, taking into account different fluid types (generalized Newtonian or viscoelastic) and particles volume fraction and size. The results obtained are used to evaluate the relevance of considering the fluid complex rheology for the prediction of the composites morphology
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Understanding the mixing process of complex composite materials is fundamental in several industrial processes. For instance, the dispersion of fillers in polymer melt matrices is commonly employed to manufacture polymer composites, using a twin-screw extruder. The effectiveness of the filler dispersion depends not only on the complex flow patterns generated, but also on the polymer melt rheological behavior. Therefore, the availability of a numerical tool able to predict mixing, taking into account both fluid and particles phases would be very useful to increase the process insight, and thus provide useful guidelines for its optimization. In this work, a new Eulerian-Lagrangian numerical solver is developed OpenFOAM computational library, and used to better understand the mechanisms determining the dispersion of fillers in polymer matrices. Particular attention will be given to the effect of the rheological model used to represent the fluid behavior, on the level of dispersion obtained. For the Eulerian phase the averaged volume fraction governing equations (conservation of mass and linear momentum) are used to describe the fluid behavior. In the case of the Lagrangian phase, Newtons second law of motion is used to compute the particles trajectories and velocity. To study the effect of fluid behavior on the filler dispersion, several systems are modeled considering different fluid types (generalized Newtonian or viscoelastic) and particles volume fraction and size. The results obtained are used to correlate the fluid and particle characteristics on the effectiveness of mixing and morphology obtained.
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It is successfully demonstrated that nanoparticles magnetostriction can be accurately determined based on the magnetoelectric effect measured on polymeric-composite materials. This represents a novel, simple and versatile method for the determination of particles magnetostriction at their nano-sized and dispersed state, which is, up to date, a difficult and imprecise task.
Polymer composites and blends for battery separators: State of the art, challenges and future trends
Resumo:
In lithium ion battery systems, the separator plays a key role with respect to device performance. Polymer composites and polymer blends have been frequently used as battery separators due to their suitable properties. This review presents the main issues, developments and characteristics of these polymer composites and blends for battery separator membrane applications. This review is divided into two sections regarding the composition of the materials: polymer composite materials, subdivided according to filler type, and polymer blend materials. For each category the electrolyte solutions, ionic conductivity and other relevant physical-chemical characteristics are described. This review shows the recent advances and opportunities in this area and identifies future trends and challenges.
