Teses
URI Permanente desta comunidade
Navegar
Navegando Teses por Orientador "Fechine, Guilhermino José Macêdo"
Agora exibindo 1 - 6 de 6
Resultados por página
Opções de Ordenação
- TeseConstrução de equipamento para obtenção de filamentos para impressão 3D: um estudo com copolímero ABS e microcompósitos com fibras de celuloseSanchez Junior, Miguel (2021-05-28)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
This work had as main objective to assemble a set of equipment to produce polymeric filaments for 3D printing by FDM (Fused Deposition Modeling), which is compact and easy to operate in order to have control, mainly, of the diameter of the produced filament. Two types of filaments were prepared based on the acrylonitrile-co-butadiene-co-styrene (ABS) terpolymer using the equipment assembled here: a) using granules of virgin material and b) using granules of ABS / cellulose microfiber composites. Tensile, bending and impact specimens were prepared with these two types of filaments using the FDM technique and for comparative purposes, specimens with commercial ABS filament were also produced. The electromechanical equipment proved to be suitable for the manufacture of the filaments consisting of a thermal fusion unit and pellet homogenization, electromechanical pulling of the extruded filament, digital monitoring of the extruded filament diameter and electromechanical filament winding, keeping the diameter of the same constant and around 1.75 mm. The production of cellulose microfibers was carried out by acid hydrolysis of Eucalyptus grandis wood, obtaining microfibers with crystallinity greater than 83%. ABS/ cellulose fiber microcomposites were prepared by mixing in the molten state with 0.5% by weight of fiber in a co-rotating twin screw extruder. Despite the need for a refinement of the processing variables to obtain the filaments (avoiding thermal degradation), the presence of cellulose microfiber has managed to significantly improve the tensile and banding mechanical properties of ABS. - TeseDissulfeto de Molibdênio (MoS2) bidimensional como carga para matrizes poliméricasRodriguez, Camila Laura Celis (2020-01-31)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
O dissulfeto de molibdênio (MoS2) tem despertado interesse na comunidade científica e industrial devido a suas excelentes propriedades físico-químicas e possíveis aplicações em diversas áreas, tais como: nanoeletrônica, biotecnologia e compósitos poliméricos. Nessse projeto de pesquisa, a esfoliação em fase líquida (EFL) em meio aquoso foi utilizada para a preparação de partículas bidimensionais de MoS2 e posterior utilização na produção de nanocompósitos, por ser uma opção extremamente atraente, de baixo custo e ambientalmente amigável. Verificou-se por diferentes técnicas (Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV, Microscopia de Força Atômica - AFM, Espectroscopia de Raman, Espectroscopia UV-VIS, Microscopia Ótica, Potencial Zeta, Espalhamento de Luz e Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier – FTIR) que a água é um excelente solvente para produção de MoS2 com poucas camadas, gerando uma dispersão com excelente estabilidade. Através de simulações quânticas ab initio baseadas na teoria do funcional da densidade (DFT), pôde-se inferir que essa estabilidade se deve a funcionalização das bordas de enxofre “S” com hidrogênio “H”. Em uma primeira etapa, utilizou-se o poliestireno (PS) como matriz polimérica na produção dos nanocompósitos com MoS2, empregando uma extrusora dupla rosca como meio de mistura dos componentes. Diversas técnicas de caracterização foram utilizadas para avaliação dos nanocompósitos produzidos, como: Cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Confocal Raman, Difração de Raios X (DRX), Ângulo de contato (AC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microtomografia de Raios X, Análise Termogravimétrica (TGA), Análise Dinâmico-Mecânica (DMA), Ensaios de Tração e Ensaios Reológicos. Os nanocompósitos apresentaram aumento da tenacidade quando comparados ao PS puro (especialmente com teor de carga de 0,002% em massa), como também conduziram a alterações positivas na estabilidade térmica, evitando com isso a degradação térmica do PS durante o processamento. Os resultados obtidos também indicaram que a carga foi homogeneamente dispersa e com boa adesão a matriz polimérica. Posteriormente foi realizado um estudo empregando uma matriz polimérica biodegradável, o poli (butileno adipato-co-tereftalato) – (PBAT). Esse é considerado um dos polímeros mais promissores para a produção de embalagens de filmes sustentáveis. Dessa forma, foram obtidos filmes por extrusão plana de PBAT incorporando 0,001, 0,002 e 0,003% em massa de MoS2. As diferentes composições obtidas na forma de filmes foram caracterizadas por DRX, FTIR e por ensaio mecânico de tração no sentido longitudinal e transversal. As análises de DRX mostraram que as fases cristalinas presentes no PBAT não apresentaram mudanças significativas com a adição do MoS2. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos de PBAT/MoS2 apresentaram melhor desempenho no sentido longitudinal. Esses resultados evidenciaram que a estrutura bidimensional dessa carga com baixo número de camdas (~5) conseguiu proporcionar excelentes propriedades as matriz poliméricas de PS e PBAT, mesmo em teores extremamente baixos até então nunca apresentados na literatura. - TeseEfeito de materiais bidimensionais no mecanismo de fotodegradação de materiais poliméricosÂngulo, Aurianny Lima (2023-08-16)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Esta pesquisa refere-se ao estudo dos mecanismos de degradação de nanocompósitos baseados em materiais bidimensionais. O comportamento desses materiais quando expostos à radiação ultravioleta (UV), embora pouco estudado, é uma importante ferramenta para entender a vida útil desses produtos e definir estratégias de estabilização. Neste trabalho, foi investigado o processo de fotodegradação dos polímeros puros e dos nanocompósitos, a fim de entender o comportamento oxidativo de sistemas poliméricos baseados em materiais 2D sem aditivação sob diferentes períodos de exposição ao envelhecimento acelerado. A escolha das matrizes poliméricas foi correlacionada com o setor de produção de filmes para embalagens, devido à grande importância deste produto na manutenção da qualidade e frescor dos produtos alimentícios. Os nanocompósitos foram preparados usando a técnica de mistura no estado fundido. O dissulfeto de molibdênio (MoS2), em baixíssimos teores de carga, foi usado como material 2D em nanocompósitos de poliestireno, o grafeno (Gr) e óxido de grafeno (GO) foram adicionados em polietileno de baixa densidade (PEBD) e o nitreto de boro hexagonal (h BN) foi usado em matriz de polietileno de alta densidade (PEAD). As amostras foram produzidas com teores diversos de materiais 2D, entre 0,001 e 0,005 para os nanocompósitos à base de PS; e entre 0,05 e 0,3% em massa para poliolefinas. As amostras foram expostas à radiação ultravioleta, em uma câmara de envelhecimento acelerado, por períodos de até 8 semanas. Após os intervalos de exposição selecionados, a extensão da degradação foi avaliada por espectroscopia de infravermelho (FTIR), espectroscopia no espectro visível (UV-vis), difração de raios-X (DRX) e ensaios térmicos (DSC), a depender da composição. A banda de carbonila foi monitorada em função do tempo de exposição à radiação por índice de carbonila e ajuste matemático de curva. A deconvolução da banda de FTIR revelou a presença dos grupos funcionais oxigenados típicos de processos foto-oxidativos: ácidos carboxílicos, cetonas, aldeídos e ésteres. O comportamento de oxidação em relação ao tipo de nanocompósitos mostra que as composições de PS/MoS2, PEBD/Gr e PEBD/0,3 GO sofrem menores taxas de oxidação quando comparadas às matrizes. Estas composições estão associadas ao efeito fotoprotetor decorrente da presença das nanoestruturas. Por outro lado, as composições de baixo teor de óxido de grafeno e hBN/PEAD aceleraram os processos de degradação. - TeseNanocompósito polimérico a base de poliuretano e óxido de grafeno para aplicação em dispositivo de assistência ventricular (DAV)Maestrelli, Lícia Maria D'Arezzo (2021-05-07)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Uma nova geração de nano materiais com estrutura grafítica como o grafeno e seus derivados (óxido de grafeno – GO e óxido de grafeno reduzido – rGO) tem sido exponencialmente estudada devido ao seu potencial de uso em diversas áreas, incluindo a área dos biomateriais. O objetivo deste trabalho é produzir nanopartículas na forma de GO com caraterísticas adequadas (dimensão lateral, quantidade de folhas empilhadas e nível de oxidação) para utilização como carga de reforço em um diafragma fabricado com policarbonato-uretano (PCU) apresentando elevado desempenho mecânico para ser utilizado em um dispositivo de assistência ventricular (DAV) pediátrico. Inicialmente foram produzidos dois tipos de GO com níveis de oxidação diferentes seguindo uma metodologia baseada na oxidação do grafite via Método de Hummers modificado. A caracterização desses materiais foi realizada por técnicas de análise termogravimétrica gravimétrica (ATG), difração de raios x (DRX), espectroscopia Raman e no infravermelho (FTIR), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de fótons excitados por raios x (XPS). Esses materiais apresentaram níveis de oxidação diferentes, e também possuem estruturas distintas em termos de tamanhos lateral e número de folhas empilhadas. Nanocompósitos PCU-GO foram produzidos por mistura em solvente aprótico utilizando os dois tipos de GO em concentrações em massa de 0,2%, 0,4% e 2,0%. Filmes poliméricos foram obtidos por evaporação do solvente, sendo esses caracterizados por calorimetria diferencial exploratória (DSC), análise dinâmico-mecânica (DMA), medidas de ângulo de contato, ensaios mecânicos de tração e microscopia eletrônica de transmissão (MET). Os resultados obtidos por DMA e DSC indicaram claramente que a atuação das partículas de GO ocorre principalmente junto aos segmentos rígidos da estrutura do PCU, devido à similaridade química polar dessas estruturas. As partículas de GO oxidado por duas horas (GO-II) inseridas na matriz de PCU apresentaram-se mais bem distribuídas e dispersas (especialmente em concentrações em massa inferiores, 0,2%), consequentemente, melhores respostas mecânicas para os nanocompósitos PCU-GO-II foram obtidas quando comparadas com os compósitos produzidos com o GO oxidado por 4 horas. Esse resultado é uma consequência do menor número de camadas empilhadas e maior grau de oxidação para o GO-II produzido que conduziu a uma melhor e maior área de interação polímero-partícula. O comportamento biológico do nanocompósito foi avaliado quanto a citotoxicidade e viabilidade celular, proliferação celular e adesão celular. Foram também medidos o tempo de resposta ao pulso de pressão e resistência `a fadiga no conjunto do DAV montado com diafragmas produzidos. Os resultados mostraram-se promissores para a produção de diafragmas com performance mecânica adequada para uso em dispositivos de assistência ventricular. - TesePolyamide 1010 and 2D nanomaterials-based hybrid multifunctional nanocompositesPinto, Gabriel Matheus (2024-11-06)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
This PhD thesis focuses on the development of polymer nanocomposites using a bio-sourced polyamide 1010 (PA 1010) matrix and various two-dimensional (2D) nanomaterials. PA 1010 was chosen for its diverse application potential across multiple domains and its environmentally friendly character compared to traditional polyamides. The selected nanofillers - graphene oxide (GO), hexagonal-boron nitride (h-BN), and molybdenum disulfide (MoS2) - were chosen for their chemical compatibility with the polyamide's amide groups and their 2D structures, which leads to their high surface area and exceptional properties. However, a key challenge in utilizing 2D nanofillers is achieving proper dispersion within the polymer matrix. Therefore, this thesis proposes a novel approach of combining different 2D fillers within a single composite to enhance mutual dispersion and promote synergistic effects. The nanocomposites were produced through melt blending in a twin-screw extruder. First, low amounts (0.1, 0.3, or 0.5 wt%) of the previously exfoliated nanofillers were deposited on the ground polymer particles by a technique called solid-solid deposition. Then, this powder mixture was fed to the extruder to properly mix the polymer matrix with the nanofillers in the melt, thus forming a homogeneous mixture. This process significantly facilitates scalability, as it is compatible with existing industrial polymer processing infrastructure, enabling its integration into current production lines and paving the way for commercial applications. Molecular dynamics investigations were conducted to elucidate the interactions between the nanofillers and the polyamide matrix, focusing on the polymer relaxation process at the glass transition, the volume of chains involved in the Brill transition during melting, and the energy required to separate polymer chains from the nanosheets. The results indicated that GO and h BN exhibit stronger interactions with the polymer matrix compared to MoS2, which is also reflected in the performance of their respective hybrid composites. The microstructure of the polymer matrix, a critical factor influencing the properties of polymer-based materials, was examined through microstructural analyses. These analyses revealed that the addition of the nanofillers affected the polymer matrix’s semi-crystalline order. Although the phase transition from α to γ was not observed in the Polyamide crystals, h-BN and MoS2 were found to decrease both the polymer’s overall crystalline fraction and the organization of its crystalline domains. On the contrary, GO did not significantly affect the polymer microstructure. However, with its larger sheets and strong chemical affinity, GO led to the greatest enhancement in tensile toughness at room temperature (over 120% at 0.5 wt%). Interestingly, this enhancement was not observed at low temperatures (-40 °C), where the decreased microstructural order was the predominant reason for the toughening of PA 1010, with only h-BN composites retaining some of the original toughening characteristics. Finally, to demonstrate the multifunctionality of the developed nanocomposites, it has been demonstrated that incorporating low amounts (less than 0.5 wt%) of these 2D nanofillers allowed the nanocomposites to retain the original dielectric and tribological properties of PA 1010 while enhancing thermal conductivity by nearly 10%. These findings underscore the potential of these nanomaterials as low-content additives for advanced applications, where achieving specific properties without compromising others presents a significant challenge. - TeseTwo-dimensional nanomaterials as fillers in hierarchical polymer composites for ballistic protectionCremonezzi, Josué Marciano de Oliveira (2022-12-19)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Conflitos entre grupos são intrínsecos à raça humana. As disputas com o uso de força foram constantes ao longo da história e ainda são nos tempos atuais. Assim, aparatos de proteção precisam ser constantemente desenvolvidos para resistir a ataques de ameaças com poder de fogo cada vez maior. Esforços para o desenvolvimento de armaduras mais leves, flexíveis, confiáveis e eficientes são muito bem-vindos. Nesse sentido, a nanoestruturação da matriz de compósitos poliméricos reforçados com fibras é uma estratégia promissora para a melhoria de suas propriedades mecânicas e desempenho de proteção balística. Neste trabalho, foram desenvolvidos compósitos de proteção balística aprimorados com nanomateriais bidimensionais. Para isso, foi realizado um extenso estudo desde a seleção dos nanomateriais até a avaliação do desempenho balístico dos compósitos desenvolvidos. Óxido de grafeno (GO) e dissulfeto de molibdênio (MoS2) foram empregados como nanocargas de poli(vinil butiral), um polímero amplamente utilizado como matriz de compósitos de aramida. O GO apresentou excelente compatibilidade com o polímero, o que resultou em excelente dispersão e reforço. O módulo de Young do nanocompósito foi até 169 % maior do que o do polímero puro. Por outro lado, o MoS2 apresentou apenas uma interação modesta com o polímero, fazendo com que ficasse mal disperso na matriz. Mesmo assim, a nanocarga foi capaz de aumentar a rigidez do polímero. Além disso, na avaliação das propriedades mecânicas dos nanocompósitos, foi feita a proposta de um uso inovador da análise micromecânica, possibilitando pela primeira vez a avaliação matemática da espessura da interface polímero/carga. Os compósitos hierárquicos com matrizes reforçadas com GO ou MoS2 apresentaram tenacidade à tração até 90,3 % maior do que o compósito convencional, devido à adesão aumentada entre as fibras e as matrizes modificadas. Por fim, os compósitos hierárquicos desenvolvidos apresentaram melhor desempenho quando aplicados como coletes à prova de bala nível II-A em um teste balístico. As blindagens hierárquicas resistiram a impactos de projéteis com velocidade ~10 m s-1 maior que a convencional devido a uma capacidade específica de absorção de energia 5 % maior. Como resultado, os compósitos desenvolvidos apresentaram limite balístico 6 % superior ao convencional, mostrando que a nanoestruturação da matriz de materiais resistentes à balística é uma tecnologia promissora para o projeto de armaduras de última geração.