Aplicação da teoria da homogeneização em materiais compósitos viscoelásticos

Materiais compósitos são empregados nos mais diversos tipos de estruturas (civis, mecânicas, aeronáuticas, etc.). A possibilidade de otimização de suas propriedades, frente às solicitações consideradas, representa uma grande vantagem na sua utilização. A teoria da homogeneização permite a avaliação da influência de detalhes microestruturais nas características do composto através do estudo de uma célula elementar. Os deslocamentos periódicos dessa célula são aproximados com expansões ortogonais polinomiais. A exatidão dos cálculos elásticos está associada ao grau dos polinômios utilizados. O procedimento numérico no modelo viscoelástico é incremental no tempo, utilizando-se de variáveis de estado, cuja implementação proporciona grande economia computacional, pois evita o cálculo de integrais hereditárias. A influência de diversos parâmetros físicos na constituição dos compósitos de fibras unidirecionais estudados é discutida e comparada com resultados obtidos com modelos em elementos finitos, tanto em elasticidade, quanto em viscoelasticidade sem envelhecimento. Para o caso de envelhecimento, no qual as características dos constituintes são variáveis com o tempo, é mostrada a resposta dos compósitos sob relaxação para diferentes instantes iniciais de carregamento em situações de "softening" (ou abrandamento) e "hardening" (ou endurecimento).

Avaliação do comportamento de materiais compósitos de matrizes cimentícias reforçadas com fibra de aramida kevlar

Esse trabalho aborda a questão de materiais compósitos reforçados com fibras (fiber reinforced concrete) com enfoque em matrizes cimentícias reforçadas com fibra de aramida Kevlar. O objetivo é caracterizar o potencial da fibra de aramida Kevlar como elemento de reforço a ser adicionado ao concreto. O trabalho busca caracterizar o desempenho dos compósitos formados, identificando as alterações decorrentes da incorporação em função do comportamento mecânico e da resistência ao impacto. Os objetivos são verificar a potencialidade de utilização dessa fibra em termos de trabalhabilidade e resistência mecânica; definir como deve ser a forma de incorporação, verificar a aderência da fibra à matriz através de microscopia eletrônica de varredura por elétrons secundários e determinar a resistência ao impacto, comparando matrizes sem adição de fibra com corpos-de-prova moldados com vários tipos e teores de fibra (aço, sisal, vidro, polipropileno e aramida). Como vantagens da incorporação das fibras de aramida Kevlar, constata-se um incremento na resistência à compressão dos compósitos aos 28 dias em relação aos espécimes sem adição de fibra. Observam-se, também, reduções na massa específica e na trabalhabilidade dos espécimes com adição de fibra de aramida Kevlar em comparação aos sem adição. Em relação à resistência ao impacto, conclui-se que os compósitos com adição de fibra de aço e fibra de aramida são os que apresentaram melhor comportamento dinâmico em relação a energia de ruptura acumulada e à energia para aparecimento da primeira fissura, respectivamente.

Caracterização de filmes ópticos compósitos nano-estruturados, inomogêneos ou anisotrópicos, produzidos por troca iônica e pelo método sol-gel

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a aplicação de métodos de caracterização de filmes ópticos, associados à sua estrutura inomogênea ou anisotrópica. Os materiais estudados são guias ópticos planares e filmes compósitos com propriedades ópticas não-lineares. Esses materiais são relevantes para aplicações na área de optoeletrônica e óptica integrada. O trabalho é dividido em duas partes principais. A primeira parte é dedicada à caracterização de guias de onda planares produzidos por troca iônica, vidros dopados com íons de Ag e/ou K, através de um e/ou dois processos de troca. O perfil de índice de refração é estudado através da técnica de Modos Guiados, uma técnica óptica empregada tradicionalmente em guias desse tipo. Em complementação a essa medida óptica, são realizadas medidas do perfil de concentração do íon dopante, empregando as técnicas de RBS e EDS. É dedicado um interesse especial pela região próxima à superfície da amostra, a região crítica na análise por Modos Guiados. Os métodos de Abelès-Hacskaylo e de Brewster-Pfund são estendidos a esses guias inomogêneos, permitindo a medida direta do valor do índice de refração superficial. Essa informação e os dados obtidos por Modos Guiados permitem a determinação de um perfil de índice de refração mais acurado ao longo da profundidade do guia. A segunda parte é dedicada ao estudo de materiais compósitos: filmes finos constituídos por uma matriz (silicato, silicato + PVP, e PMMA) dopada com moléculas orgânicas que apresentam propriedades ópticas não-lineares de segunda ordem (PNA, DR-1 e HBO-BO6). Nessas amostras, é aplicado um campo elétrico de alta voltagem (efeito corona), gerando um alinhamento dos cromóforos dopantes. Essa mudança na simetria estrutural do material, de isotrópica para uniaxial, é observada através da assimetria correspondente no valor do índice de refração (birrefringência). O valor da birrefringência induzida é obtido através da medida da variação da refletância de luz pelo material, auxiliada por medidas prévias das constantes ópticas do material por Elipsometria.

Estudo físico-químico comparativo de sistemas nanoestruturados contendo indometacina ou seu éster etílico e avaliação in vivo da atividade antiedematogênica

Nanocápsulas (NC), nanoesferas (NS) e nanoemulsão (NE) são propostas na literatura como carreadores submicrométricos de fármacos. Os objetivos deste trabalho são realizar um estudo comparativo para diferenciar o comportamento cinético desses sistemas e avaliar a influência da espessura da parede polimérica das NC no perfil de liberação de um modelo lipofílico de fármaco a partir de diversas formulações preparadas com diferentes concentrações de poli(-caprolactona) (PCL). Com esse propósito, o éster etílico de indometacina (IndOEt) foi associado a cada sistema e a sua hidrólise alcalina foi realizada para simular uma condição sink. As suspensões aquosas foram tratadas com solução aquosa de NaOH e a modelagem matemática dos perfis de consumo do IndOEt foi realizada. Uma vez que os derivados éster de indometacina têm sido relatados como inibidores seletivos da ciclooxigenase-2, também constitui objetivo deste trabalho avaliar a atividade antiedematogênica em ratos do IndOEt associado aos nanocarreadores através da inibição do edema em pata de rato induzido por carragenina. O IndOEt apresentou consumo total em 24 horas para NC, 12 horas para NS e 8 horas para NE. A modelagem matemática demonstrou que os perfis cinéticos apresentaram uma fase de liberação rápida, com tempo de meia-vida de 5,9, 4,4 e 2,7 minutos, e uma fase de liberação sustentada com tempos de meia-vida de 288,8, 87,7 e 147,5 minutos, respectivamente. Comparando-se os resultados, as NC apresentaram os maiores tempos de meia-vida para o modelo lipofílico de fármaco associado aos nanocarreadores Para todas as formulações preparadas com diferentes concentrações de PCL, a modelagem matemática dos perfis demonstrou que quanto menor a concentração de polímero empregada, mais rápido é o consumo do éster. Para todos os sistemas estudados, um ajuste satisfatório dos dados experimentais ao modelo da Lei das Potências foi obtido. A incorporação do IndOEt em NC e NS apresentou atividade antiedematogênica após a administração oral das formulações. Por outro lado, a associação do IndOEt na NE não inibiu o edema induzido pela carragenina.

Avaliação da adição de cargas inorgânicas em EVA-18 e estudo do efeito de agentes interfaciais nas propriedades dos compósitos

Neste trabalho foi realizada a preparação de compósitos tendo como base o uso de poli(etileno-co-acetato de vinila) (EVA) a 18 mol% de acetato de vinila, com cinco tipos diferentes de carga (carbonato de cálcio, sílica, xisto retortado, xisto calcinado e argila sódica), sendo elas usadas naturalmente, funcionalizadas com silano ou tratadas termicamente. As misturas foram processadas durante 15 minutos em câmara de mistura a 160ºC com velocidade dos rotores de 50rpm. Foi verificado que o processamento do EVA não acarretou processos de degradação ou reticulação do polímero. Propriedades mecânicas, calorimetria diferencial de varredura e análises morfológicas foram realizadas para avaliar o efeito da adição de diferentes cargas em distintas concentrações. Os compósitos EVA-18/argila sódica silanizada e EVA-18/xisto calcinado silanizado foram os sistemas que apresentaram os melhores resultados em relação às propriedades mecânicas quando comparado com a matriz polimérica e as demais cargas ensaiadas. O silano teve um papel fundamental na melhoria das propriedades mecânicas. Com apenas 1% (m/m) de argila sódica silanizada obteve-se um aumento de 13% na tensão no ponto de ruptura. Ambos são melhores que o EVA-18/carbonato de cálcio e o EVA-18/sílica comumente utilizados na indústria. Baseando-se nos resultados obtidos, conclui-se que tanto a argila sódica silanizada quanto o xisto calcinado silanizado são alternativas econômicas e eficientes a serem aplicadas como uma possibilidade de escolha de carga para melhorar as propriedades mecânicas do EVA.

Análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados usando elementos finitos hexaédricos de oito nós com integração reduzida

Neste trabalho implementou-se o elemento hexaédrico com um ponto de integração para análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados com ou sem enrijecedores. O elemento está livre de travamento volumétrico e travamento de cisalhamento, não apresentando modos espúrios. São também incluídos problemas com não-linearidade geométrica A matriz de rigidez e de massa são dadas de forma explícita, reduzindo o tempo computacional, especialmente na análise não-linear. Para evitar o travamento de cisalhamento as componentes de deformações são referidas a um sistema co-rotacional. O travamento volumétrico é também eliminado, já que a parte dilatacional (esférica) da matriz gradiente é avaliada apenas no ponto central do elemento. Para a solução das equações de equilíbrio na análise estática, utilizam-se um método direto baseado na eliminação de Gauss ou um método iterativo de gradientes conjugados com precondicionamento executado através da eliminação incompleta de Choleski. Para a análise dinâmica, as equações de equilíbrio são integradas através do método explícito ou implícito de Taylor-Galerkin ou do método implícito de Newmark. Para análise não-linear utiliza-se o Método Generalizado de Controle dos Deslocamentos. Através de exemplos numéricos demonstra-se a eficiência e o potencial do elemento tridimensional na análise linear e não-linear de placas e cascas de materiais laminados. Os resultados são comparados com trabalhos que utilizam diferentes elementos de placas e cascas.

Estudo da síntese e sinterização de pós compósitos do sistema Ta-Cu

Ta-Cu bulk composites combine high mechanical resistance of the Ta with high electrical and thermal conductivity of the Cu. These are important characteristics to electrical contacts, microwave absorber and heat skinks. However, the low wettability of Ta under Cu liquid and insolubility mutual these elements come hard sintering this composite. High-energy milling (HEM) produces composite powders with high homogeneity and refines the grain size. This work focus to study Ta-20wt%Cu composite powders prepared by mechanical mixture and HEM with two different conditions of milling in a planetary ball mill and then their sintering using hydrogen plasma furnace and a resistive vacuum furnace. After milling, the powders were pressed in a steel dye at a pressure of 200 MPa. The cylindrical samples pressed were sintered by resistive vacuum furnace at 10-4torr with a sintering temperature at 1100ºC / 60 minutes and with heat rate at 10ºC/min and were sintered by plasma furnace with sintering temperatures at 550, 660 and 800ºC without isotherm under hydrogen atmosphere with heat rate at 80ºC/min. The characterizations of the powders produced were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), x-ray diffraction (XRD) and laser granulometry. After the sintering the samples were analyzed by SEM, XRD and density and mass loss tests. The results had shown that to high intense milling condition produced composite particles with shorter milling time and amorphization of both phases after 50 hours of milling. The composite particles can produce denser structure than mixed powders, if heated above the Cu melting point. After the Cu to arrive in the melting point, liquid copper leaves the composite particles and fills the pores

Estudo da moagem de alta energia e sinterização de pós compósitos W-Cu

The Tungsten/copper composites are commonly used for electrical and thermal objectives like heat sinks and lectrical conductors, propitiating an excellent thermal and electrical conductivity. These properties are dependents of the composition, crystallite size and production process. The high energy milling of the powder of W-Cu produces an dispersion high and homogenization levels with crystallite size of W very small in the ductile Cu phase. This work discusses the effect of the HEM in preparation of the W-25Cu composite powders. Three techniques of powder preparation were utilized: milling the dry with powder of thick Cu, milling the dry with powder of fine Cu and milling the wet with powder of thick Cu. The form, size and composition of the particles of the powders milled were observed by scanning electron microscopy (SEM). The X-ray diffraction (XRD) was used to analyse the phases, lattice parameters, size and microstrain of the crystallite. The analyse of the crystalline structure of the W-25Cu powders milled made by Rietveld Method suggests the partial solid solubility of the constituent elements of the Cu in lattice of the W. This analyse shows too that the HEM produces the reduction high on the crystallite size and the increase in the lattice strain of both phases, this is more intense in the phase W

Análise de propriedades térmicas e mecânicas de compósitos de argamassa e resíduo de borracha

Although already to exist alternative technique and economically viable for destination of used tires, quantitative data on properties of constructive elements that use the rubber waste as aggregate still are restricted. In the present work, the waste proceeding from industry of retreading as material for manufacture of composite destined to the production of constructive elements was considered. Mechanical and thermal properties of mortar had been analyzed Portland cement with addition of waste without treatment, in the ratios of 10%, 20% and 30% in mass in relation to the mass of the cement, substituting the aggregate in the trace in mortar 1:5 mass cement and sand. The size of the used residue varied between 0,30mm and 4,8mm (passing in the bolter 4,8mm and being restrained in the one of 0,30mm), being it in the formats fibers and granular. The influences of the size and the percentage of residue added to the mortar (in substitution to the aggregate) in the thermal and mechanical properties had been considered. Assays of body-of-test in thestates had been become fullfilled cool (consistency index) and hardened (absorption of water for capillarity, strength the compression, traction and strength flexural). The work is centralized in the problem of the relation thermal performance /strength mechanics of used constructive systems in regions of low latitudes (Been of the Piauí), characterized for raised indices of solar radiation.

Estudos de Durabilidade Frente ao Ataque Ácido de Compósitos Portland-Polímero para Cimentação de Poços de Petróleo

Portland-polymers composites are promising candidates to be used as cementing material in Northeastern oil wells of Brazil containing heavy oils submitted to steam injection. In this way, it is necessary to evaluate its degradation in the commonly acidizind agents. In addition, to identify how aggressive are the different hostile environments it is an important contribution on the decision of the acidic systems to be used in. It was investigated the performance of the Portland-polymer composites using powdered polyurethane, aqueous polyurethane, rubber tire residues and a biopolymer, those were reinforced with polished carbon steel SAE 1045 to make the electrochemical measurements. HCl 15,0 %, HCl 6,0 % + HF 1,5 % (soft mud acid), HCl 12,0 % + HF 3,0 % (regular mud acid) and HAc 10 % + HF 1,5 % were used as degrading environment and electrolytes. The more aggressive acid solution to the plain Portland hardened cement paste was the regular mud acid, that showed loss of weight around 23.0 %, followed by the soft mud acid, the showed 11.0 %, 15.0 % HCl with 7,0 % and, at last the 10.0 % HAc plus HF 1.5 % with just 1.0 %. The powdered polyurethane-composite and the aqueous polyurethane one showed larger durability, with reduction around 87.0 % on the loss of weight in regular mud acid. The acid attack is superficial and it occurs as an action layer, where the degraded layer is responsible for the decrease on the kinetic of the degrading process. This behavior can be seen mainly on the Portland- aqueous polyurethane composite, because the degraded layer is impregnated with chemically modified polymer. The fact of the acid attack does not have influence on the compressive strength or fratography of the samples, in a general way, confirms that theory. The mechanism of the efficiency of the Portland-polymers composites subjected to acid attack is due to decreased porosity and permeability related with the plain Portland paste, minor quantity of Ca+2, element preferentially leached to the acidic solution, wave effect and to substitute part of the degrading bulk for the polymeric one. The electrolyte HAc 10 % + HF 1,5 % was the least aggressive one to the external corrosion of the casing, showing open circuit potentials around +250 mV compared to -130 mV to the simulated pore solution to the first 24 hours immersion. This behavior has been performed for two months at least. Similar corrosion rates were showed between both of the electrolytes, around 0.01 μA.cm-2. Total impedance values, insipient arcs and big polarization resistance capacitive arcs on the Nyquist plots, indicating passivity process, confirm its efficiency. In this way, Portlandpolymers composites are possible solutions to be succeed applied to oilwell cementing concomitant submitted to steam injection and acidizing operation and the HAc 10,0 % + HF 1,5 % is the less aggressive solution to the external corrosion of the casing

Caracterização de compósitos Nb-20%cu obtidos por moagem de alta energia e sinterizados por fase líquida

In this work, was studied the formation of a composite of the refractory metal niobium with copper, through the process of high-energy milling and liquid phase sintering. The HEM can be used to synthesize composite powders with high homogeneity and fine size particle distribution. It may also produce the solid solubility in immiscible systems such as Nb-Cu, or extend the solubility of systems with limited solubility. Therefore, in the immiscible system Cu-Nb, the high-energy milling was successfully used to obtain the composite powder particles. Initially, the formation of composite particles during the HEM and the effect of preparation technique on the microstructure of the material was evaluated. Four loads of Nb and Cu powders containing 20%wt Cu were synthesized by MAE in a planetary type ball mill under different periods of grinding. The influence of grinding time on the metal particles is evaluated during the process by the withdrawal of samples at intermediate times of milling. After compaction under different forces, the samples were sintered in a vacuum furnace. The liquid phase sintering of these samples prepared by HEM produced a homogeneous and fine grained. The composite particles forming the sintered samples are the addition of a hard phase (Nb) with a high melting point, and a ductile phase (Cu) with low melting point and high thermal and electrical conductivities. Based on these properties, the Nb-Cu system is a potential material for many applications, such as electrical contacts, welding electrodes, coils for generating high magnetic fields, heat sinks and microwave absorbers, which are coupled to electronic devices. The characterization techniques used in this study, were laser granulometry, used to evaluate the homogeneity and particle size, and the X-ray diffraction, in the phase identification and to analyze the crystalline structure of the powders during milling. The morphology and dispersion of the phases in the composite powder particles, as well the microstructures of the sintered samples, were observed by scanning electron microscopy (SEM). Subsequently, the sintered samples are evaluated for density and densification. And finally, they were characterized by techniques of measuring the electrical conductivity and microhardness, whose properties are analyzed as a function of the parameters for obtaining the composite

Obtenção e caracterização de dióxido de estanho nanoestruturado pelo método de síntese contínua por combustão em solução

Continuous Synthesis by Solution Combustion was employed in this work aiming to obtain tin dioxide nanostructured. Basically, a precursor solution is prepared and then be atomized and sprayed into the flame, where its combustion occurs, leading to the formation of particles. This is a recent technique that shows an enormous potential in oxides deposition, mainly by the low cost of equipment and precursors employed. The tin dioxide (SnO2) nanostructured has been widely used in various applications, especially as gas sensors and varistors. In the case of sensors based on semiconducting ceramics, where surface reactions are responsible for the detection of gases, the importance of surface area and particle size is even greater. The preference for a nanostructured material is based on its significant increase in surface area compared to conventional microcrystalline powders and small particle size, which may benefit certain properties such as high electrical conductivity, high thermal stability, mechanical and chemical. In this work, were employed as precursor solution tin chloride dehydrate diluted in anhydrous ethyl alcohol. Were utilized molar ratio chloride/solvent of 0,75 with the purpose of investigate its influence in the microstructure of produced powder. The solution precursor flux was 3 mL/min. Analysis with X-ray diffraction appointed that a solution precursor with molar ratio chloride/solvent of 0,75 leads to crystalline powder with single phase and all peaks are attributed to phase SnO2. Parameters as distance from the flame with atomizer distance from the capture system with the pilot, molar ratio and solution flux doesn t affect the presence of tin dioxide in the produced powder. In the characterization of the obtained powder techniques were used as thermogravimetric (TGA) and thermodiferential analysis (DTA), particle size by laser diffraction (GDL), crystallographic analysis by X-ray diffraction (XRD), morphology by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), specific surface area (BET) and electrical conductivity analysis. The techniques used revealed that the SnO2 exhibits behavior of a semiconductor material, and a potentially promising material for application as varistor and sensor systems for gas