Preparation and characterisation of biodegradable starch-based nanocomposite materials

Different formulations of biodegradable starch-polyester blend nanocomposite materials have been film blown on a pilot scale film blowing tower. The physical properties of different films have been examined by thermal and mechanical analysis and X-ray diffraction. The results show that the addition of an organoclay (from 0 to 5 wt%) significantly improves both the processing and tensile properties over the original starch blends. Wide angle X-ray diffraction (WAXD) results indicate that the best results were obtained for 30wt% starch blends, and the level of delamination depends on the ratio of starch to polyester and amount of organoclay added. The crystallisation temperature of the nanocomposite blends is significantly lower than the base blend. This is probably due to the platelets inhibiting order, and hence crystallisation, of the starch and polyester. The mechanical and thermal properties of the blends are also sensitive to the way the clay particles are dispersed. (C) 2003 Society of Chemical Industry.

Water sorption into poly[(2-hydroxyethyl methacrylate)-co-(1-vinyl-2-pyrrolidone]at 310 K

Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) and copolymers of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) and 1-vinyl-2-pyrrolidone (VP) in the form of cylindrical samples (approximate to8mm x 20mm) have been prepared and the sorption of water into these cylinders has been studied by the mass-uptake methods and by magnetic-resonance imaging. The equilibrium water contents for the cylinders were found to vary systematically with the copolymer composition. Diffusion of water into the cylinders was found to follow Fickian behaviour for cylinders with high HEMA contents, with the diffusion coefficients obtained from mass-uptake studies dependent on the copolymer composition, varying from 1.7 x 10(-11) m(2) s(-1) for poly(HEMA) to 2.0 x 10(-11) m(2) s(-1) for poly(HEMA-co-VP) with a composition of 1:1. However, NMR-imaging studies showed that, while the profiles of the water diffusion fronts for cylinders with high HEMA contents were Fickian, that for the 1:1 copolymer was not and indicated that the mechanism was Case III. The polymers which were rich in VP were characterized by a water-sorption process which follows Case-III behaviour. (C) 2003 Society of Chemical Industry.

Estudo de algumas propriedades mecânicas da madeira de um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla X Eucalyptus grandis

A procura por madeiras oriundas de reflorestamentos destinadas à serraria é uma realidade já há muitos anos, principalmente aquelas das espécies do gênero Eucalyptus. Visando buscar novas informações importantes para esse mercado, este trabalho objetivou determinar algumas propriedades mecânicas da madeira de um híbrido clonal de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis de duas idades e provenientes de talhadia simples e de reforma. Os resultados indicaram que a madeira desse híbrido apresenta boas características tecnológicas, destacando-se a segunda tora (a partir de 3 m) com as melhores propriedades de flexão estática (Módulo de Elasticidade - MOE e Módulo de Ruptura - MOR) e Compressão Axial das fibras. As árvores de maior idade (166 meses) e que sofreram dois desbastes apresentaram as melhores propriedades de flexão estática e compressão axial.

Variação radial da retratibilidade e densidade básica da madeira de Eucalyptus saligna Sm.

A ultra-estrutura e a composição química da madeira, bem como suas propriedades físicas e mecânicas, variam significativamente entre espécies, entre árvores de uma mesma espécie e, mesmo, entre diferentes partes de uma mesma árvore. Com este trabalho objetivou-se o estudo dos parâmetros de retratibilidade e de densidade básica da madeira Eucalyptus saligna, com idade de 16 anos, proveniente de talhões experimentais da EMBRAPA Florestas, de Colombo, Paraná. As amostras foram retiradas à altura do DAP de quatro posições eqüidistantes a partir da medula em direção à periferia, correspondendo a 0, 33, 66 e 100%, com dimensões nominais de 1,0 x 2,0 x 3,0 cm, sendo a última dimensão no sentido longitudinal. Elas foram mantidas em câmara fechada com ventilação, próximo de soluções salinas supersaturadas, com o objetivo de proporcionar diferentes condições de umidade relativa. Uma vez atingidas as distintas condições de umidade de equilíbrio, as amostras foram secas em estufa a 105 ºC e obtidos os dados de retratibilidade e densidade básica da madeira nas posições mencionadas. Constataram-se valores de contração volumétrica mais baixos na região medular, apresentando um acréscimo para as demais posições. Comportamento semelhante foi observado para os coeficientes das contrações lineares nas direções tangencial e radial. O fator anisotrópico foi consideravelmente mais elevado na região medular, decrescendo substancialmente em direção ao alburno. A densidade básica não mostrou sinais efetivos de estabilidade, apesar de mostrar tendência de aumento em direção à periferia do tronco.

Electrospun silk-elastin-like fiber mats for tissue engineering applications

Protein-based polymers are present in a wide variety of organisms fulfilling structural and mechanical roles. Advances in protein engineering and recombinant DNA technology allow the design and production of recombinant protein-based polymers (rPBPs) with an absolute control of its composition. Although the application of recombinant proteins as biomaterials is still an emerging technology, the possibilities are limitless and far superior to natural or synthetic materials, as the complexity of the structural design can be fully customized. In this work, we report the electrospinning of two new genetically engineered silk-elastin-like proteins (SELPs) consisting of alternate silk- and elastin-like blocks. Electrospinning was performed with formic acid and aqueous solutions at different concentrations without addition of further agents. The size and morphology of the electrospun structures was characterized by scanning electron microscopy showing to be dependent of concentration and solvent used. Treatment with air saturated with methanol was employed to stabilize the structure and promote water insolubility through a time-dependent conversion of random coils into β-sheets (FTIR). The resultant methanol-treated electrospun mats were characterized for swelling degree (570-720%), water vapour transmission rate (1083 g/m2/day) and mechanical properties (modulus of elasticity of ~126 MPa). Furthermore, the methanol-treated SELP fiber mats showed no cytotoxicity and were able to support adhesion and proliferation of normal human skin fibroblasts. Adhesion was characterized by a filopodia-mediated mechanism. These results demonstrate that SELP fiber mats can provide promising solutions for the development of novel biomaterials suitable for tissue engineering applications.

Effect of fiber alignment in gelled electrospun membranes based on poly(vinylidene fluoride) for battery applications

Battery separators based on electrospun membranes of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) have been prepared in order to study the effect of fiber alignment on the performance and characteristics of the membrane. The prepared membranes show an average fiber diameter of 272 nm and a degree of porosity of 87 %. The gel polymer electrolytes are prepared by soaking the membranes in the electrolyte solution. The alignment of the fibers improves the mechanical properties for the electrospun membranes. Further, the microstructure of the membrane also plays an important role in the ionic conductivity, being higher for the random electrospun membrane due to the lower tortuosity value. Independently of the microstructure, both membranes show good electrochemical stability up to 5.0 V versus Li/Li+. These results show that electrospun membranes based on PVDF are appropriate for battery separators in lithium-ion battery applications, the random membranes showing a better overall performance.

Neural Electrode Array Based on Aluminum: Fabrication and Characterization

A unique neural electrode design is proposed with 3 mm long shafts made from an aluminum-based substrate. The electrode is composed by 100 individualized shafts in a 10 × 10 matrix, in which each aluminum shafts are precisely machined via dicing-saw cutting programs. The result is a bulk structure of aluminum with 65 ° angle sharp tips. Each electrode tip is covered by an iridium oxide thin film layer (ionic transducer) via pulsed sputtering, that provides a stable and a reversible behavior for recording/stimulation purposes, a 40 mC/cm2 charge capacity and a 145 Ω impedance in a wide frequency range of interest (10 Hz-100 kHz). Because of the non-biocompatibility issue that characterizes aluminum, an anodization process is performed that forms an aluminum oxide layer around the aluminum substrate. The result is a passivation layer fully biocompatible that furthermore, enhances the mechanical properties by increasing the robustness of the electrode. For a successful electrode insertion, a 1.1 N load is required. The resultant electrode is a feasible alternative to silicon-based electrode solutions, avoiding the complexity of its fabrication methods and limitations, and increasing the electrode performance.

Effect of fiber orientation in gelled poly (vinylience fluoride) electrospun membranes for Li-ion battery applications

Battery separators based on electrospun membranes of poly(vinylidene fluoride) (PVDF) have been prepared in order to study the effect of fiber alignment on the performance and characteristics of the membrane. The prepared membranes show an average fiber diameter of ~272 nm and a degree of porosity of ~87 %. The gel polymer electrolytes are prepared by soaking the membranes in the electrolyte solution. The alignment of the fibers improves the mechanical properties for the electrospun membranes. Further, the microstructure of the membrane also plays an important role in the ionic conductivity, being higher for the random electrospun membrane due to the lower tortuosity value. Independently of the microstructure, both membranes show good electrochemical stability up to 5.0 V versus Li/Li+. These results show that electrospun membranes based on PVDF are appropriate for battery separators in lithium-ion battery applications, the random membranes showing a better overall performance.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Análise comparativa dos modelos regulamentares de previsão da retracção do betão

A adequada previsão do comportamento diferido do betão, designadamente da retracção, é essencial no projecto de uma obra de grandes dimensões, permitindo conceber, dimensionar e adoptar as disposições construtivas para um comportamento estrutural que satisfaça os requisitos de segurança, utilização e durabilidade. O actual momento é marcado por uma transição em termos da regulamentação de estruturas, com a eminente substituição da regulamentação nacional por regulamentação europeia. No caso das estruturas de betão, o Regulamento de Estruturas de Betão Armado e Pré-Esforçado (REBAP), em vigor desde 1983, será substituído pelo Eurocódigo 2. Paralelamente, a Federation International du Betón publicou o Model Code 2010 (MC2010), um documento que certamente terá forte influência na evolução da regulamentação das estruturas de betão. Neste contexto, o presente trabalho tem como objectivo estabelecer uma comparação entre os diferentes modelos de previsão da retracção incluídos nos documentos normativos referidos, identificando as principais diferenças e semelhanças entre eles e quantificando a influência dos diferentes factores considerados na sua formulação, de forma a avaliar o impacto que a introdução destes modelos de previsão irá ter no projecto de estruturas de betão. Com o propósito de aferir a forma como estes modelos reflectem a realidade do fenómeno em estudo, procedeu-se à aplicação destes modelos de previsão ao betão de duas obras cujo comportamento estrutural é observado pelo LNEC, concretamente a ponte Miguel Torga, sobre o rio Douro, na Régua, e a ponte sobre o rio Angueira, no distrito de Bragança. Em ambas as obras tinha sido efectuada a caracterização in situ da retracção, tendo-se comparado os valores experimentais assim obtidos com os valores provenientes da aplicação dos modelos de previsão considerados neste trabalho. Finalmente são apresentadas algumas conclusões obtidas com o trabalho desenvolvido nesta dissertação, bem como algumas sugestões para desenvolvimentos futuros.

New Steel Alloys for the Design of Heat Recovery Steam Generator Components of Combined Cycle Gas Plants

Demand for power is growing every day, mainly due to emerging economies in countries such as China, Russia, India, and Brazil. During the last 50 years steam pressure and temperature in power plants have been continuously raised to improve thermal efficiency. Recent efforts to improve efficiency leads to the development of a new generation of heat recovery steam generator, where the Benson once-through technology is applied to improve the thermal efficiency. The main purpose of this paper is to analyze the mechanical behavior of a high pressure superheater manifold by applying finite element modeling and a finite element analysis with the objective of analyzing stress propagation, leading to the study of damage mechanism, e.g., uniaxial fatigue, uniaxial creep for life prediction. The objective of this paper is also to analyze the mechanical properties of the new high temperature resistant materials in the market such as 2Cr Bainitic steels (T/P23 and T/P24) and also the 9-12Cr Martensitic steels (T/P91, T/P92, E911, and P/T122). For this study the design rules for construction of power boilers to define the geometry of the HPSH manifold were applied.

A utilização da madeira na construção de edifícios: alternativas às soluções tradicionais

Esta dissertação insere-se num projecto de investigação relacionado com o papel que a madeira apresenta na construção nos tempos de hoje, necessário para obtenção do Mestrado em Engenharia Civil. A madeira apresenta, enquanto material de construção, especificidades únicas: é um material orgânico, ao contrário da pedra, do aço e do betão; é um material combustível, sem que isto implique necessariamente uma baixa resistência ao fogo; é um material tradicional, presente em pavimentos e coberturas de edifícios antigos e é, paradoxalmente, um material novo, adoptado em arrojadas obras de arquitectura contemporânea. Estas características, associadas à necessidade de garantir a sustentabilidade da construção e de conservar e reabilitar o património edificado, tornam essencial o estudo das propriedades mecânicas do material, dos seus processos de degradação química e biológica, dos meios de protecção e do comportamento de elementos estruturais ao fogo. As estruturas em madeira têm tido uma procura crescente no nosso país, revelando-se uma opção interessante, como alternativa a estruturas de aço ou de betão. No entanto, por configurarem ainda soluções estruturais, materiais e processos construtivos pouco comuns entre nós, considera-se que não estão suficientemente divulgados os instrumentos de que podemos e devemos dispor para a garantia da qualidade destas estruturas. É apresentado um estudo de viabilidade económica no âmbito do nosso país, comparando casas em madeira, modulares pré-fabricadas, com casas cuja construção é feita em alvenaria e betão armado, de forma a poder comparar os custos para ambas as soluções construtivas. Para tal, foram realizadas visitas a empresas, fábricas e a obras com o objectivo de entender como funciona o processo de fabrico de uma casa pré-fabricada em madeira.

Avaliação, tratamento e consolidação de madeira em edifícios antigos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Determinação de propriedades mecânicas através de ensaios de provetes miniatura, "Small Punch"

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Hélices e Espirais em Micro e Nanofibras Celulósicas

A celulose é o polímero renovável mais abundante do mundo. É conhecido pela sua excelente biocompatibilidade, propriedades térmicas e mecânicas. A celulose assim como os polipéptideos e o ADN, pertence a uma família de moléculas orgânicas que dão origem à formação de fases líquidas cristalinas (LCs) colestéricas. A Passiflora Edulis, tal como outras plantas trepadeiras, possui longas e flexíveis gavinhas que permitem à planta encontrar um suporte para se fixar. As gavinhas podem assumir a forma de espirais ou de hélices consoante sejam sustentadas por apenas uma ou por ambas as extremidades. As hélices apresentam muitas vezes duas porções helicoidais, uma esquerda e outra direita, separadas por um segmento recto denominado perversão. Este comportamento é consequência da curvatura intrínseca das gavinhas produzidas pela planta trepadeira. O mesmo comportamento pode ser observado em micro e nanofibras celulósicas fabricadas a partir de soluções líquido-cristalinas, numa escala três a quatro ordens de grandeza inferior à das gavinhas. Este facto sugere que o modelo físico utilizado tenha invariância de escala. Neste trabalho é feito o estudo de fibras e jactos que imitam as estruturas helicoidais apresentadas pelas gavinhas das plantas trepadeiras. As fibras e jactos são produzidos a partir de soluções líquidas cristalinas celulósicas. De modo a determinar as características morfológicas e estruturais, que contribuem para a curvatura das fibras, foram utilizadas técnicas de imagem por ressonância magnética (MRI), microscopia óptica com luz polarisada (MOP), microscopia electrónica de varrimento (SEM) e microscopia de força atómica (AFM) . A variação da forma das estruturas helicoidais com a temperatura parece ser relevante para o fabrico de membranas não tecidas para aplicação em sensores termo-mecânicos.