PPG - Engenharia e Ciência dos Materiais
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- ItemEmbargoEstudo do comportamento em fadiga de compósitos poliméricos de poliamida 6, poli(sulfeto de p-fenileno) e resina epóxi reforçados com fibra de carbono visando aplicação no setor automobilístico(Universidade Federal de São Paulo, 2024-09-25) Morgado, Guilherme Ferreira de Melo [UNIFESP]; Rezende, Mirabel Cerqueira [UNIFESP]; Passador, Fabio Roberto [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/0152213852695153; http://lattes.cnpq.br/3744737176516322; https://lattes.cnpq.br/4205759258300585A crescente utilização de compósitos estruturais com matrizes termoplásticas e termorrígidas na indústria automobilística deve-se às suas vantagens, como maior eficiência peso-potência, versatilidade no processamento e potencial para reúso e reciclagem. No entanto, uma das principais causas de falha em materiais é a fadiga, caracterizada por carregamentos cíclicos e deformações plásticas localizadas; porém, ainda pouco explorada na área de compósitos poliméricos estruturais. Nesse contexto, o presente trabalho visa contribuir na área de compósitos para uso no setor automotivo, por meio de um estudo sistemático de fadiga de compósitos termoplásticos (poliamida 6 (PA6) e poli(sulfeto de p-fenileno) (PPS)) e termorrígido (resina epóxi de cura rápida), reforçados com fibra de carbono (FC). Os compósitos foram preparados por moldagem por compressão a quente e avaliados quanto à qualidade do processamento (ultrassom e digestão ácida), propriedades mecânicas estáticas (tração e resistência ao cisalhamento interlaminar) e dinâmicas (fadiga), além de análises dinâmico-mecânicas (DMA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TGA) e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados obtidos mostraram que o laminado de FC/PPS apresentou a maior resistência em fadiga (640 MPa), seguido pelo de FC/PA6 (459 MPa) e o de FC/resina epóxi (360 MPa). Já os compósitos de FC/resina epóxi e FC/PPS apresentaram maior rigidez nos ensaios de tração e o de FC/PPS apresentou a maior resistência em cisalhamento. As análises de DMA permitiram determinar as temperaturas de transição vítrea (Tg) de 105 °C e 147 °C dos laminados de FC/PPS e FC/resina epóxi, respectivamente. As análises de TGA mostraram que o laminado de FC/PPS apresentou a maior estabilidade térmica. As análises morfológicas das superfícies de fratura das amostras ensaiadas mecanicamente revelaram os aspectos fractográficos presentes, os quais contribuíram para elucidar as extensões dos danos causados pelos ensaios mecânicos. A correlação dos dados obtidos neste estudo mostra que o laminado de FC/PPS apresentou o melhor desempenho mecânico e, de maneira geral, o estudo realizado dá subsídios importantes para o desenvolvimento de compósitos estruturais aplicados no setor automotivo.
- ItemEmbargoReciclagem mecânica de compósitos epóxi/fibras de carbono para o desenvolvimento de compósitos híbridos de resina epóxi, fibras de carbono e nanotubos de carbono(Universidade Federal de São Paulo, 2024-08-16) Santos, Maikon Stefano Dos [UNIFESP]; Passador, Fabio Roberto [UNIFESP]; Montagna , Larissa Stieven [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/6872952353977748; http://lattes.cnpq.br/0152213852695153; http://lattes.cnpq.br/9841251001173572Compósitos termorrígidos de resina epóxi reforçado com fibra de carbono (RE/FC) são amplamente utilizados em aplicações automobilísticas devido às excelentes propriedades mecânicas e estabilidade térmica desses materiais, por conta disso, um aumento exponencial desses resíduos industriais está sendo gerado. Este trabalho teve como objetivo realizar a reciclagem mecânica dos resíduos de compósitos de RE/FC e utilizar esse material para o desenvolvimento de compósitos híbridos, com matriz de RE reforçada com nanotubos de carbono (NTC) e partículas de compósitos RE/FC. Os resíduos de compósitos de RE/FC foram moídos, peneirados e posteriormente, caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia óptica (MO). Para o desenvolvimento dos compósitos híbridos, o NTC foi homogeneizado com a RE utilizando uma ponteira ultrassônica e, posteriormente, foram adicionadas as partículas de compósitos de RE/FC, seguido da homogeneização com o auxílio de um agitador mecânico. Foram estudados diferentes teores de NTC (0,5 e 1 % em massa) e de compósitos de RE/FC (10, 20 e 30 % em massa), além da mistura das duas cargas. A mistura resultante foi vertida em moldes de silicone e curada em estufa para obtenção de corpos de prova. O processo de moagem teve uma eficiência de 96,6%, mostrando que é possível realizar a fragmentação e a moagem dos resíduos de RE/FC com uma alta eficiência. Por meio da análise viscosimétrica foi possível determinar o ciclo de cura e pelo DSC foi analisada Tg após exposição em diferentes tempos e temperaturas. Os compósitos desenvolvidos foram caracterizados quanto suas propriedades mecânicas, elétricas e eletromagnéticas. Ao analisar o comportamento de tensão máxima para os compósitos híbridos, observou-se que todas as composições apresentaram valores na ordem de 23 MPa. Para os compósitos híbridos produzidos com 1% em massa de NTC foi possível observar uma grande quantidade de NTC próximas as FC, formando um contato físico entre NTC e FC. Entre todas as composições estudadas a que mais se destacou foi o compósito híbrido com adição de 20% em massa de resíduos de RE/FC e 1% em massa de NTC, alcançando a maior eficiência de blindagem eletromagnética (25dB) na banda X.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Revestimento de amido de mandioca nanoestruturado com grafeno para desenvolvimento de embalagens celulósicas(Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-22) Rinaldi, Alessandra Rigo [UNIFESP]; Yoshida, Cristiana Maria Pedroso [UNIFESP]; Silva, Classius Ferreira da [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/4514485329529047; http://lattes.cnpq.br/3546808357732166; http://lattes.cnpq.br/9484761551887977O interesse por materiais de embalagem à base de papel tem aumentado devido às suas propriedades de reciclagem e biodegradação. A aplicação de revestimentos a partir de polímeros naturais, como amido, tem sido uma alternativa estudada nas substituições parciais dos polímeros sintéticos nos materiais multicamadas, atendendo a demanda de consumidores com maior preocupação ambiental. O grafeno é um material nanoestruturado, que pode ser incorporado como compósito em materiais de embalagens para promover melhores propriedades mecânicas e de barreira. Um material sustentável a partir de revestimento de filme de amido modificado de mandioca incorporando duas concentrações de grafeno em folhas de papel cartão foi desenvolvido e caracterizado quanto às propriedades de barreira (permeabilidade à umidade, permeabilidade à oxigênio, barreira à gordura), homogeneidade do revestimento, capacidade de absorção de água (Cobb Test) e propriedades mecânicas. No revestimento a base de amido de mandioca foi incorporado duas concentrações de grafeno 0,2% (AM-G1) e 0,4% (AM-G2). A barreira à umidade aumentou em 81,0% (AM-G1) e 87,8% (AM-G2) e o Cobb Test indicou maior retenção da água nos revestimentos contendo grafeno, a permeância ao ar reduziu nas amostras AM-G1 (22,6%) e AM-G2 (27%) quando comparado ao papel cartão sem revestimento (SR). As amostras revestidas alcançaram kit 9 (AM-G1) e kit 11 (AM-G2), demonstrando significativo aumento de barreira a gordura. A rigidez taber dos sistemas papel filme de amido com grafeno, aumentou indicando que o papel se tornou mais rígido. Também houve aumento na resistência ao rasgo e resistência à tração dos papéis cartão revestidos, enquanto o alongamento e o arrebentamento mantiveram-se estáveis. O revestimento de filme de amido contendo grafeno demonstrou ser uma alternativa à laminação polimérica em substratos celulósicos trazendo maior sustentabilidade à embalagem e promovendo melhora nas propriedades finais do papel cartão.
- ItemAcesso aberto (Open Access)Aproveitamento de resíduos industriais para preparação de adsorventes de interferentes de luminescência(Universidade Federal de São Paulo, 2024-07-19) Silva, Karolina Furukawa da [UNIFESP]; Gonçalves, Maraísa [UNIFESP]; Domingues, Raquel Aparecida [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/7640812435306210; http://lattes.cnpq.br/8790738991069110; http://lattes.cnpq.br/1356022068608816Este trabalho visou a transformação de resíduos industriais com elevado teor de carbono em carvão ativado (CA). Os resíduos escolhidos são oriundos das atividades agrícolas, a casca de café (C) e bagaço de cana-de-açúcar (S). Os resíduos foram transformados em CA utilizando um forno de micro-ondas e posteriormente foi avaliada sua capacidade adsorvente para remoção de contaminantes orgânicos e íons interferentes de luminescência em meio aquoso. De modo a avaliar os parâmetros de ativação nas propriedades porosa dos CAs, utilizou-se um planejamento fatorial avaliando quatro fatores e dois níveis (24) para resposta em área superficial (SBET). Os parâmetros avaliados foram: material precursor (casca de café e bagaço de cana-de-açúcar), potência (500 e 1000 W), proporção de ácido fosfórico como agente ativante (mresíduo:mácido fosfórico: 1:1 e 1:3) e tempo de ativação (10 e 20 minutos). A partir dos resultados obtidos no planejamento fatorial e análise de variância (ANOVA), observou-se que todos os fatores influenciaram na obtenção de CAs, sendo a potência o mais significante. Os CAs obtidos apresentaram maior SBET na proporção de ácido fosfórico de 1:3, quando submetidos a potência de 1000 W e tempo de ativação de 20 minutos, nomeados como C ou S1:3-1000-20. Dentre todos os CAs, aquele obtido a partir de bagaço de cana-de-açúcar foi o que apresentou maior SBET, equivalente a 1500 m².g-1. Os CAs com maior SBET foram preparados em triplicata para avaliar a reprodutibilidade do processo de ativação. O processo se mostrou reprodutível apresentando uma SBET de 1490 ± 21, 1307 ± 9 e 1120 ± 47 m2.g-1 para os CAs S1:3-1000-20, S1:3-1000-10 e C1:3-1000-10, respectivamente. As propriedades físico-químicas dos CAs foram caracterizadas por diferentes técnicas. Os CAs apresentaram morfologia superficial rugosa e porosa. Pelos resultados de difratometria de raios X (DRX), foi observado o caráter amorfo dos CAs. Análises de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) confirmaram a presença de grupos funcionais, como hidroxila, ésteres, fenóis e de fósforo na superfície dos CAs. A aplicabilidade dos CAs foi avaliada na remediação ambiental da sulfametazina (SMT) e íons de ferro (Fe3+) e cobre (Cu2+). A adsorção para o contaminante SMT apresentou viabilidade, sendo que o S1:3-1000-10 apresentou melhor resultado, com uma capacidade de adsorção de 294 mg.g-1. Para testes de adsorção de Fe3+ e Cu2+, o CA que apresentou melhor resultado foi o S1:1-1000-20 com capacidade de adsorção de 10 e 8 mg.g-1 para Fe3+ e Cu2+, respectivamente. Nos estudos fotofísicos, observou-se que os íons metálicos apresentaram interferência na intensidade de luminescência para o [Eu(DPA)3] utilizado na detecção e quantificação de glifosato, mesmo em concentrações mais baixas, sendo os íons de Fe3+ os que mostraram menos interferência na análise. No entanto, foi observado que na concentração de 5x10-5 mol.L-1 de [Eu(DPA)3], a quantidade de íons metálicos restantes em solução não apresentaram interferências significativas na análise para detecção do glifosato. Assim, os resultados apresentados neste trabalho mostram a viabilidade na obtenção de CAs utilizando diferentes resíduos lignocelulósicos e ativação por forno de micro-ondas. Foi possível obter valores mais promissores de adsorção para contaminantes orgânicos. Embora os metais tenham apresentado interferência na luminescência dos sensores, após a adsorção, ocorreu uma menor interferência. E quando colocados ao meio com glifosato e com maior concentração de [Eu(DPA)3] não interferiram na análise, demonstrando que foi possível retirar a interferência desses metais após o processo de adsorção.
- ItemEmbargoEstudo da secagem da mfc por leito de jorro e incorporação como reforço para obtenção de compósitos de polipropileno(Universidade Federal de São Paulo, 2024-02-21) Cordeiro, Alexandre Oka Thomaz [UNIFESP]; Martins, Cristiane Reis [UNIFESP]; http://lattes.cnpq.br/8611170497897011; http://lattes.cnpq.br/1624892933052109O presente trabalho teve como objetivo estudar o processo de secagem em leito de jorro como alternativa para a secagem e concentração da celulose microfibrilada (MFC) em comparação aos processos de secagem reportados em literatura. Neste sistema de secagem em leito de jorro foi avaliado a secagem da suspensão de MFC (3,5% de sólidos) e com o uso do agente carreador carboximetilcelulose (CMC) com intuito de avaliar a redispersão em água e a eficiência da secagem. Foi avaliada a influência dos parâmetros de secagem por meio de um planejamento experimental 22 sobre a eficiência da secagem, retenção de sólidos e perda de material, assim como os melhores parâmetros do processo. O processo de secagem é altamente dependente da temperatura do ar de entrada, assim como a interação entre a vazão de alimentação e a temperatura do ar. A melhor condição de secagem obtida foi com a temperatura de 80 °C e vazão de alimentação da suspensão de 8 mL/min obtendo a eficiência de 81,42% de secagem. As MFC secas obtidas em leito de jorro foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), termogravimetria (TGA), difração de raios X (DRX), espectroscopia na região do Infravermelho (FTIR) e viscosidade. Por meio das micrografias do MEV foi possível avaliar as diferenças de morfologia, tamanho e estrutura da MFC nos processos de secagem empregados, corroborando com os mecanismos de transferência de calor de cada processo e influência das propriedades finais nas MFC obtidas. As MFC secas por leito de jorro apresentaram boa estabilidade térmica (degradação acima de 200 °C) e alta cristalinidade (63,36%), permitindo seu processamento e incorporação em matrizes poliméricas. Foi possível obter a MFC seca com baixo teor de umidade (~10%). O uso da CMC no processo de secagem permitiu a redispersão em água da MFC sem a formação de aglomerados, mantendo estável sua viscosidade e aumentando a eficiência da secagem. A MFC seca em leito de jorro foi incorporada (2, 4, 6 e 8%) em uma matriz de polipropileno (PP) e com a utilização de 4% do agente compatibilizante polipropileno graftizado com anidrido maleico (MAPP). Os compósitos PP/MFC foram obtidos em misturador interno e suas propriedades foram avaliadas por ensaios de tração, TGA, DSC e FTIR. O emprego da MFC seca apresentou melhor dispersão na matriz de PP quando comparada com o uso da MFC em suspensão. O uso do MAPP melhorou a compatibilidade e interação entre a MFC e a matriz de PP mesmo com altos teores de MFC (8%). A presença da MFC no PP melhorou a estabilidade térmica do compósito. Compósitos com MFC/CMC apresentaram comportamento mecânico similar a MFC.