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Dissertações |
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GABRIEL MASCHIO
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RETRATAMENTO TÉRMICO EM LIGA DE AÇO INOXIDÁVEL SUPERMARTENSÍTICO: ESTUDO DOS EFEITOS MICROESTRUTURAIS E MECÂNICOS
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Orientador : CINTHIA GABRIELY ZIMMER
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MEMBROS DA BANCA :
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AFONSO REGULY
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ANDRE ZIMMER
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CINTHIA GABRIELY ZIMMER
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CLEBER RODRIGO DE LIMA LESSA
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ELISABETE PINTO DA SILVA
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Data: 19/01/2022
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Componentes mecânicos para aplicações críticas demandam propriedades criteriosas, as quais estão diretamente correlacionadas à composição e à microestrutura do material. Equipamentos para exploração de petróleo exigem atenção especial, pois erros de fabricação podem gerar falhas e possíveis catástrofes. Nesses casos, ligas com alta resistência à corrosão, como por exemplo o aço inoxidável, são amplamente utilizadas. Além disso, os tratamentos térmicos são essenciais para atingir os propósitos de aplicação. Quando um metal tratado termicamente não atinge as propriedades especificadas em projeto, muitas vezes, se recorre ao retratamento térmico, visando a correção de características que não tenham sido atendidas. Apesar dessa prática ser comumente empregada, há poucas informações na literatura sobre os efeitos do retratamento térmico de metais. Dessa maneira, esta investigação analisa o aço inoxidável supermartensítico temperado e revenido, sendo uma das ligas metálicas mais utilizadas na construção de equipamentos de completação de poços de óleo e gás. Para tanto, amostras dessa liga foram tratadas e retratadas termicamente por uma até seis vezes, com objetivo de delinear as características morfológicas da microestrutura e propriedades mecânicas decorrentes dessa prática. Feito isso, análises metalográficas, testes de tração e impacto Charpy foram conduzidos em cada amostra retratada. A análise microestrutural revelou o refinamento do grão a cada retratamento térmico e uma alteração não linear da fração da austenita retida e das propriedades mecânicas. Conclui-se que cada novo retratamento térmico promove duas principais alterações na microestrutura resultante, o refinamento de grão e a variação no teor de austenita retida. Como este último não é linear, os resultados de propriedades mecânicas são distintos a cada retratamento térmico. As variações obtidas no tamanho de grão e na fração de austenita retida poderiam ainda resultar em distintos comportamentos de outras propriedades importantes do material, como por exemplo, sua resistência a diversos mecanismos de corrosão e sua susceptibilidade da fragilização por hidrogênio e sua resistência à fluência.
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Mechanical components for critical applications demand solid properties, which are directly related to the material chemical composition and microstructure. Equipment used in oil and gas wells require special attention, because errors on their building might lead to failures or even catastrophes. In these cases, high corrosion resistance alloys such as stainless steels, are widely used. Furthermore, heat treatments are essential to achieve application purposes. When a material does not meet the specified properties, in many cases the heat retreatment is performed in order to adjust the features that have not been met. Although this process is commonly used, there are only a few sources of literature about the effects of metals heat retreatment. Thus, this investigation analyses the supermartensitic stainless steel quenched and tempered, which is one of the most used metallic alloys for building oil and gas well completion equipment. Therefore, samples of this material were heat treated and retreated from one to six times in order to map the morphological characteristics of microstructure and mechanical properties resulting from this process. Once done, metallographic analyses, tensile tests and Charpy impact tests were performed on each retreated sample. The analyses over microstructure showed a grain refinement after each heat retreatment and a non-linear variation of retained austenite portion and of mechanical properties. The conclusion is that each heat retreatment promotes two main changes in the resulting microstructure, the grain refinement and the variation in the content of retained austenite. As the latter is not linear, the results of mechanical properties are different for each heat retreatment. The variations observed in the grain size and in the contents of retained austenite can result in different behaviors of other important properties of the material, such as its resistance to some corrosion methods, its susceptibility to hydrogen embrittlement and its fluency resistance.
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DIOGO HOFMAM
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DESENVOLVIMENTO DE UMA COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE BAIXO CUSTO APLICADA AO FERRO FUNDIDO NODULAR AUSTEMPERADO ATRAVÉS DO AUXÍLIO DE REDES NEURAIS
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Orientador : CLEBER RODRIGO DE LIMA LESSA
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MEMBROS DA BANCA :
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CINTHIA GABRIELY ZIMMER
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DANIELA LUPINACCI VILLANOVA
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VINICIUS KARLINSKI DE BARCELLOS
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Data: 14/03/2022
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O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma composição química de baixo custo para a produção de um ferro fundido nodular austemperado (ADI) que atenda a norma ASTM A897/897M – 2016 Grade 2 1050/750/07 com o auxílio de redes neurais artificias. Através de extensa análise de composições químicas e propriedades mecânicas encontradas na literatura, foi compilado informações para inserir em redes neurais, buscando uma otimização na relação entre composição química, propriedades mecânicas e custo para a produção da liga desejada. Com base na composição química obtida, foi feito a fusão e posterior tratamento térmico do material. Com o material produzido, o mesmo foi usinado e testes mecânicos e metalográficos como ensaio de tração, dureza, ensaio óptico, ensaio de microscopia por varredura e difração de raio x foram executados. Como resultado, foi compreendido que as redes neurais artificiais podem ser utilizadas para auxiliar na produção de um ADI que alcance valores normatizados e com custo consideravelmente menor diante de seus concorrentes, com economia de até 49%. Desta forma uma menor quantidade de recursos naturais pode ser utilizada, atingindo as propriedades mecânicas e microestruturais desejadas.
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This work presents the development of a low-cost chemical composition for the production of an austempered nodular cast iron (ADI) that meets the ASTM A897/897M - 2016 Grade 2 1050/750/07 standard with the aid of artificial neural networks. Through extensive analysis of chemical compositions and mechanical properties found in the literature, information was compiled to insert into neural networks, seeking an optimization in the relationship between chemical composition, mechanical properties and cost for the production of the material. Based on the chemical composition obtained, the casting and subsequent heat treatment of the material was performed. With the produced material, it was machined and mechanical and metallographic tests such as tensile test, hardness, optical test, scanning microscopy and x-ray diffraction were performed. As a result, it was understood that artificial neural networks can be used to assist in the production of an ADI that reaches standardized values and at a considerably lower cost compared to its competitors, with savings of up to 49%. Thus, a smaller number of natural resources can be used achieving the desired mechanical and microstructural properties.
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ALEXANDRE ROMAN
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DESGASTE DO MATERIAL DE FRICÇÃO: EFEITOS E INTERAÇÕES ENTRE A TEMPERATURA DO FREIO DE SERVIÇO, PRESSÃO DE CONTATO E VELOCIDADE DO VEÍCULO
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Orientador : ALEXANDRE LUIS GASPARIN
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE LUIS GASPARIN
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EDSON LUIZ FRANCISQUETTI
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GUILHERME VIEIRA BRAGA LEMOS
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JULIANO CANTARELLI TONIOLO
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Data: 17/03/2022
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Normas internacionais e procedimentos de teste de fabricantes de veículos normalmente definem ensaios de desgaste de materiais de atrito baseados em temperatura somente. Este trabalho apresenta uma avaliação combinando differentes tempertaruras, velocidades, e pressões de aplicação pela análise de seus efeitos e interações no desgaste do material de atrito através de ensaios de dinamômetro. Propriedades mecânicas foram avaliadas, onde a resistência ao cisalhamento interno foi a mais afetada. O projeto de experimentos (DoE) 23 demonstrou que a temperatura por si só não foi o principal fator responsável pelo aumento da taxa de desgaste por abrasão. Velocidade (80 km/h) e pressão (3 bar) mais altas, combinadas, promoveram a maior perda de massa (10,8 g) do material de atrito.
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International standards and original equipment manufacturers (OEM) procedures usually define wear tests in organic friction materials focusing on the brake lining temperature. The current work presents an approach combining different brake pads temperatures, vehicle speeds, and brake pressures for analyzing their effects and interactions in the friction material wear through dynamometer tests. Therefore, mechanical properties were evaluated, where internal shear strength had the most significant influence on wear; furthermore, compressive strength and flexural strength did not considerably change with variations on the test parameters. A 23 factorial design of the experiment (DOE) showed that the brake temperature alone was not the main factor for increasing wear, and the primary wear mechanism was abrasion. Furthermore, higher vehicle speed (80 km/h) along with greater brake pressure (3 bar) promoted the highest friction material mass loss (10.8 g).
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CHAIANE NEUMANN
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INTERAÇÃO ENTRE COAGENTES TIPOS I E II E ISÔMEROS DE POLIBUTADIENO EM SISTEMAS DE RETICULAÇÃO VIA PERÓXIDO ORGÂNICO
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Orientador : DAIANE ROMANZINI
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE LUIS GASPARIN
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ANA MARIA COULON GRISA
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DAIANE ROMANZINI
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MARA ZENI ANDRADE
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Data: 30/06/2022
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O polibutadieno (BR) é a segunda borracha sintética mais produzida em escala mundial, sendo aplicada principalmente na forma de blendas com borracha natural e borracha estireno-butadieno (SBR) para vulcanização de pneus. As propriedades finais do material reticulado são fortemente influenciadas pelas reações ocorridas na etapa de vulcanização, seja via enxofre ou peróxidos orgânicos. Este trabalho busca avaliar o impacto de diferentes isômeros de polibutadieno em sistemas de reticulação via peróxidos orgânicos com o uso de coagentes tipos I e II. Para o estudo, foi utilizado o peróxido de dicumila (DCP), associado aos coagentes Dimetacrilato de Etilenoglicol (EGDMA) e Trialilisocianurato (TAIC) na reticulação de isômeros de polibutadieno de alto cis-1,4-butadieno e alto 1,2-butadieno (vinil). Os resultados encontrados até o momento apresentam-se consistentes com a literatura, cujos estudos apontam que elastômeros com alto teor de 1,2-butadieno são mais reativos em sistemas de peróxidos orgânicos. Os coagentes mantiveram o seu comportamento esperado na reticulação com peróxidos, onde o coagente tipo I (EGDMA) altera a cinética de reticulação, enquanto o coagente tipo II (TAIC) mantém as características originais de cura. Destaca-se também o aumento da taxa de cura com o acréscimo de coagente tipo I, quando interage com o isômero vinil.
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This study aims to evaluate the impact of different polybutadiene isomers in crosslinking systems via organic peroxides using type I and type II coagents. For the study, dicumyl peroxide (DCP) was used in association with EGDMA (ethyleneglicol dymethacrylate) and TAIC (triallylcyanurate) coagents in the crosslinking of high cis-1,4-butadiene and high 1,2 polybutadiene (vinyl) isomers. The results presented to the moment are consistent with the literature, whose studies show that elastomers with high 1,2-butadiene content are more reactive in organic peroxide systems. Coagents are maintaining their presumed behavior in crosslinking with peroxides, where the type I coagent (EGDMA) modifies the crosslinking kinetics, whereas the type II coagent (TAIC) maintains the original curing characteristics. Up to this moment, preliminary conclusions are consistent with literature, and lead to the understanding that polybutadiene with high vinyl content is highly more reactive than its isomer cis. However, it stands out the increasing of crosslinking index when added coagent type I to the vinyl isomer.
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LUCAS PEREIRA DE JESUS
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Quantificação de austenita retida em aços através de um método magnético não destrutivo
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Orientador : CINTHIA GABRIELY ZIMMER
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE LUIS GASPARIN
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CAMILA DOS SANTOS TORRES
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RAFAEL GUSTAVO SCHREIBER
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Data: 22/08/2022
Ata de defesa assinada:
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Este estudo teve como objetivo o desenvolvimento de equipamento para a quantificação de austenita retida em aços martensíticos tratados termicamente, de maneira rápida e não-destrutiva, sendo uma balança que relaciona a resposta magnética de uma peça metálica em função da quantidade da fase presente. Quanto maior o percentual de austenita retida presente, menor será a resposta magnética. O dispositivo foi desenvolvido utilizando-se matéria prima de baixo custo e construção simplificada e alocado sobre uma placa eletromagnética. Para validar o equipamento foram fabricadas e tratadas termicamente amostras de seção quadradas com 20 x 20 mm de Aço SAE 5160 de diferentes espessuras e tratamentos térmicos, i.e., como obtido, temperada, temperada e revenida e temperada e revenida duplamente, com a finalidade de obter percentuais distintos de austenita retida. Também foram selecionadas peças fabricadas por uma ferramentaria, a fim de testar a funcionalidade do equipamento em outras geometrias. As amostras e as peças foram quantificadas tanto nos métodos convencionais de quantificação de austenita retida (difração de raios X, metalografia quantitativa e ferritoscópio), quanto no dispositivo desenvolvido neste estudo. Para analisar os resultados, foi utilizado o método análise de variância (ANOVA), utilizando o delineamento do experimento em blocos casualizados. A balança eletromagnética quantificou de maneira rápida e eficaz somente amostras de seção quadrada, independente da espessura, e segundo a análise ANOVA os percentuais de austenita retida obtidos não difeririam estatisticamente com os resultados obtidos com os métodos convencionais. A balança eletromagnética exibiu valores inconsistentes para as peças selecionadas da ferramentaria, como frações negativas, grande desvio padrão ou valores decrescentes para cada revenido subsequente. Além disto, segundo a análise de variância, estes percentuais de austenita retida diferem estatisticamente dos resultados obtidos com os métodos convencionais. Logo o objetivo do trabalho de produzir um equipamento que aplique um ensaio não destrutivo, não foi atingido, visto que o mesmo funcionou apenas para amostras de seção quadrada. Sendo assim, para trabalhos futuros, há necessidade de aprimorar o dispositivo para que funcione em outras situações de geometria.
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This research project aims to develop new equipment for quantification of retained austenite in heat-treated martensitic steels, in a fast and non-destructive way: a balance that relates the magnetic response of a specimen, with the quantity of phase present. The higher the percentage of retained austenite there is in the steel, the less will be its magnetic response. The device was developed using low-cost material, and simplified construction allocated over an electromagnetic plate. To authenticate the equipment was manufactured and head treated square section specimens with 20 x 20 mm using SAE 5160 steel, with different thicknesses and heat treatment temperatures, i.e., raw, quenched, quenched and tempered, and quenched and double tempered, with the purpose to get different retained austenite fractions. Also, were selected parts manufactured by a factory, to test the equipment with parts with different sections. The specimens and parts were quantified on the conventional method to obtain retained austenite fraction (x-ray diffraction, quantitative metallography, and feritoscope) and then in the device developed in this project. To analyze the results was utilized the analysis of variance method (ANOVA), using the design of the experiment in randomized blocks. The electromagnetic balance is quantified in a fast and effective way with the square section specimens, regardless of their thickness, according to ANOVA analysis, the percentage of retained austenite acquired does not differs statistically from the results obtained with the conventional methods. In the end, the aim of this study, to develop equipment that applies a non-destructive quantification, was not reached, because the equipment only worked in specimens with square sections. So, for the next research, there is a need to improve the device so that it works in other geometry situations.
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JONAS LUDWIG DE BITENCOURT
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Avaliação da compostagem e vermicompostagem na degradação de filmes de PEAD e blenda de PLA/TPS
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Orientador : EDSON LUIZ FRANCISQUETTI
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MEMBROS DA BANCA :
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EDSON LUIZ FRANCISQUETTI
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MARA ZENI ANDRADE
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ANA MARIA COULON GRISA
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ANA PAULA BILCK
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LAURA DE ANDRADE SOUZA
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RUTH MARLENE CAMPOMANES SANTANA
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Data: 30/08/2022
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Ao analisar a composição gravimétrica de um aterro sanitário, pode ser observado que grande parte do material é formado por polímeros oriundos das sacolas plásticas, utilizadas para acondicionar o lixo orgânico. Acredita-se que explorar alternativas para mitigar os impactos, decorrentes do descarte incorreto desses resíduos, se faz necessário. Assim é possível segregá-los mais facilmente nos aterros, sendo que o resíduo orgânico pode ser valorado por meio de métodos de compostagem ou vermicompostagem. Dessa forma, obtém-se um incremento na vida útil do aterro e ocorre um ganho considerável do ponto de vista ambiental. Diante disso, o presente trabalho busca analisar a degradação e a descaracterização de poliolefinas comerciais em ambientes de vermicompostagem. A vermicompostagem é um método de tratamento e valorização da fração orgânica dos resíduos que recorre a espécies de anelídeos. Neste estudo foram utilizados os da espécie Eisenia fetida com objetivo de determinar a sua eficiência na decomposição do material polimérico presente em embalagens descartáveis de polietileno. A biodegradação dos materiais poliméricos foi avaliada por espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, calorimetria exploratória diferencial, microscopia óptica, ensaio mecânico de tração e redução de massa. Após a realização destes ensaios foi possível observar degradação dos materiais, bem como ganho de eficiência no ambiente vermicomposto. Para tanto os ambientes de vermicompostagem e compostagem à temperatura, umidade, potencial hidrogeniônico e relação carbono-nitrogênio, foram controlados por meio de sensores. Portanto, este estudo contribui efetivamente para o escopo de pesquisa referente à degradação de polímeros à medida que estabelece a eficiência de degradação em ambiente vermicomposto com filmes comerciais.
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When analyzing the gravimetric composition of a sanitary landfill, it can be observed that a large part of the material is formed by polymers from plastic bags, used to store organic waste. It is believed that exploring alternatives to mitigate the impacts resulting from the incorrect disposal of these wastes is necessary. Thus, it is possible to segregate them more easily in landfills, and the organic waste can be valued through composting or vermicomposting methods. In this way, an increase in the useful life of the landfill is obtained and there is a considerable gain from an environmental point of view. Therefore, the present work seeks to analyze the degradation and mischaracterization of commercial polyolefins in vermicomposting environments. Vermicomposting is a method of treatment and recovery of the organic fraction of waste that uses annelid species. In this study, Eisenia fetida species were used to determine their efficiency in the decomposition of polymeric material present in disposable polyethylene packaging. The biodegradation of polymeric materials was evaluated by infrared spectroscopy with Fourier transform, differential scanning calorimetry, optical microscopy, mechanical tensile test and mass reduction. After carrying out these tests, it was possible to observe degradation of the materials, as well as a gain in efficiency in the vermicompost environment. For this purpose, the vermicomposting and composting environments at temperature, humidity, hydrogen potential and carbon-nitrogen ratio were controlled using sensors. Therefore, this study effectively contributes to the scope of research regarding polymer degradation as it establishes the degradation efficiency in a vermicompost environment with commercial films.
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MATHEUS DIONYSIO SLONGO
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AVALIAÇÃO DE BLENDAS POLIMÉRICAS COM MATRIZ DE POLIOXIMITILENO PARA POSTERIOR SOBREINJEÇÃO DE ELASTÔMERO TERMOPLÁSTICO
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Orientador : EDSON LUIZ FRANCISQUETTI
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE LUIS GASPARIN
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ANA MARIA COULON GRISA
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ANA PAULA BILCK
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EDSON LUIZ FRANCISQUETTI
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JULIANA MACHADO FERNANDES DE MORAES
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LAURA DE ANDRADE SOUZA
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MARA ZENI ANDRADE
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Data: 05/10/2022
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O polioximetileno possui boa resistência à tração, baixo coeficiente de atrito e excelente estabilidade dimensional. Os elastômeros termoplásticos apresentam superfície emborrachada, aderente e podem ser sobreinjetados em um substrato rígido para aumentar o atrito e a resistência ao escorregamento. Para obter adesão entre os dois materiais é preciso que os mesmos sejam compatíveis e que seja possível a formação de blendas poliméricas. Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência das propriedades mecânicas e térmicas das blendas poliméricas com matriz de polioximetileno, após a adição de diferentes percentuais de elastômero termoplástico e a incorporação de um aditivo compatibilizante para posterior sobreinjeção de borracha termoplástica e avalição de adesão entre os materiais. Após a formação das blendas pode-se evidenciar pelas análises de espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier que ocorreram interações e miscibilidade entre os materiais, principalmente nas amostras que continham agente compatibilizante. As blendas apresentaram mudanças na morfologia após análise de microscopia eletrônica de varredura das amostras fraturadas no ensaio de resistência ao impacto. O grau de cristalinidade das blendas reduziu com a incorporação do elastômero termoplástico ou a presença do agente compatibilizante. Já as propriedades mecânicas apresentaram redução na tensão de ruptura e no módulo elástico com o aumento do percentual em massa do elastômero termoplástico adicionado a mistura. As blendas selecionadas para receber a sobreinjeção do elastômero termoplástico apresentaram melhor adesão nas misturas que continham o agente compatibilizante, em função de suas interações químicas e melhor interfase com o elastômero termoplástico sobreinjetado.
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Polyoxymethylene has good tensile strength, low friction coefficient, excellent dimensional stability. Polyoxymethylene has good tensile strength, low coefficient of friction and excellent dimensional stability. Thermoplastic elastomers have a rubbery, tacky surface and can be overmolding into a rigid substrate to increase friction and slip resistance. To obtain adhesion between the two materials, it is necessary that they are compatible and that the formation of polymeric blends is possible. The objective of this work is to evaluate the influence of the mechanical and thermal properties of polymeric blends with a polyoxymethylene matrix, after the addition of different percentages by weight of thermoplastic elastomer and the incorporation of a compatibilizing additive for subsequent overmolding of thermoplastic rubber and evaluation of adhesion between the materials. After the formation of the blends, it can be evidenced by the analysis of infrared spectroscopy by Fourier transform that there were interactions and miscibility between the materials, mainly in the samples that contained compatibilizing agent. The blends showed changes in morphology after scanning electron microscopy analysis of fractured samples in the impact strength test. The degree of crystallinity of the blends reduced with the incorporation of thermoplastic elastomer or the presence of the compatibilizing agent. The mechanical properties showed a reduction in tensile strength and elastic modulus with increasing percentage by weight of thermoplastic elastomer added to the mixture. The blends selected to receive the thermoplastic elastomer overmolding showed better adhesion in the mixtures that contained the compatibilizing agent, due to their chemical interactions and better interphase with the overmolding thermoplastic elastomer
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CASSIANO RODRIGO DALBERTO
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influência do óxido de zinco nas propriedades mecânicas, térmicas e biológicas quando adiconado ao polipropileno.
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Orientador : EDSON LUIZ FRANCISQUETTI
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MEMBROS DA BANCA :
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EDSON LUIZ FRANCISQUETTI
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MARA ZENI ANDRADE
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ANA PAULA BILCK
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FERNANDA TRINDADE GONZALEZ DIAS
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Data: 31/10/2022
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O polipropileno é um dos polímeros mais consumidos no mundo, devido a sua grande capacidade produtiva alinhada ao seu baixo custo, o que possibilitou sua utilização em diversas aplicações. O PP tem características, as quais permitem sua utilização em processos de injeção, extrusão, termoformagem, rotomoldagem e sopro. A principal aplicação do polipropileno é no setor alimentício, representando 32% em produtos como: embalagens, tampas, tigelas, potes, garrafas e galões. No setor de bens de consumo o PP representa 17% do mercado e está presente em embalagens e caixas. A adição de cargas minerais a polímeros termoplásticos como o polipropileno (PP) esteve durante muito tempo relacionada à tentativa de redução de custos. Atualmente, com o desenvolvimento tecnológico da indústria e de novas aplicações, as cargas ganharam uma maior importância e passaram a atender mais que o objetivo econômico, por agregarem melhorias nas características físicas e químicas dos produtos. Estudos recentes mostram que o óxido de zinco pode ser adicionado as poliolefinas com intuito de melhorar propriedades mecânicas, resistência a radiação ultravioleta e propriedades antimicrobianas. O presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência da presença de óxido de zinco nas propriedades mecânicas, reológicas, térmicas, resistência a radiação ultravioleta e ação e antimicrobianas do composto formado por polipropileno e óxido de zinco. Foram preparados compostos de PP aditivados com óxido de zinco (ZnO) comercial de dois fornecedores diferentes, com formatos de partícula distintos e tamanho médio de partícula diferente (ZnO B e ZnO D) nas proporções 0%, 1%, 3% e 5% em massa. As amostras foram caracterizadas por meio das suas propriedades reológicas, físicas, mecânicas, térmicas, atividade bacteriana e submetidas ao teste de envelhecimento acelerado por degradação UV. Os resultados mostraram que o teor, o tamanho, a forma e o meio onde as partículas de ZnO estavam dispersas interferem nas propriedades avaliadas. A presença de óxido de zinco afetou as propriedades mecânicas dos composto, aumentou consideravelmente a resistência a degradação UV do polímero e conferiu ao composto PP ZnO D a propriedade bactericida. Em geral, os compostos com o aditivo apresentaram melhores resultados tanto nas propriedades físico-mecânicas avaliadas quanto nas propriedades de biocida quando comparados ao material puro.
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Polypropylene is one of the most consumed polymers in the world, due to its large production capacity in line with its low cost, which made it possible to use it in several applications. PP has characteristics that allow its use in injection, extrusion, thermoforming, rotational molding, and blow molding processes. The main application of polypropylene is in the food sector, representing 32% in products such as: packaging, lids, bowls, pots, bottles, and gallons. In the consumer goods sector, PP represents 17% of the market and is present in packaging and boxes. The addition of mineral fillers to thermoplastic polymers such as polypropylene (PP) has long been related to an attempt to reduce costs. Currently, with the technological development of the industry and new applications, the loads have gained greater importance and started to serve more than the economic objective, by adding improvements in the physical and chemical characteristics of the products. Recent studies show that zinc oxide can be added in polyolefins to improve mechanical properties, resistance to ultraviolet radiation and antimicrobial properties. The present work aims to evaluate the influence of the presence of zinc oxide on the mechanical, rheological, thermal, resistance to ultraviolet radiation and antimicrobial action of the compound formed by polypropylene and zinc oxide. PP compounds were prepared with commercial zinc oxide (ZnO) additives from two different suppliers, with different particle shapes and different average particle size (ZnO B and ZnO D) in the proportions of 0%, 1%, 3% and 5% in large scale. The samples were characterized by means of their rheological, physical, mechanical, thermal properties, bacterial activity and submitted to the accelerated aging test by UV degradation. The results showed that the content, size, shape and medium where the ZnO particles were dispersed interfere with the properties evaluated. The presence of zinc oxide affected the mechanical properties of the compounds, considerably increased the resistance to UV degradation of the polymer and gave the PP ZnO D compound the bactericidal property. In general, the compounds with the additive showed better results both in the physical-mechanical properties evaluated and in the biocide properties when compared to the pure material.
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DIEGO CHIARELLO
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APLICAÇÃO E DESEMPENHO DE FILME FINO DE DLC EM PINOS EXTRATORES DE MOLDE DE INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS
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Orientador : ALEXANDRE LUIS GASPARIN
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MEMBROS DA BANCA :
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ALEXANDRE LUIS GASPARIN
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DANIELA LUPINACCI VILLANOVA
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DANIEL AMORETTI GONCALVES
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LEANDRO LUÍS CORSO
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Data: 12/12/2022
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Neste trabalho, pinos extratores de moldes de injeção de polímeros termoplásticos, produzidos originalmente em aço AISI H13 e nitretados a gás, foram revestidos com um filme fino de DLC (Diamond Like Carbon), fazendo par tribológico com buchas extratoras de aços AISI P20 e AISI H13 temperadas e revenidas. O filme fino de DLC foi depositado em uma câmara com sistema PECVD (deposição química a vapor assistida por plasma) com confinamento eletrostático. Um dispositivo que simula o sistema de extração de um molde de injeção foi utilizado para testar o comportamento ao desgaste dos pares pino-bucha propostos, em função do aumento do número de ciclos. Diferentes materiais e condições de lubrificação foram testadas, buscando alternativas mais eficientes ao atual sistema que utiliza pinos nitretados a gás e graxa branca para moldes como lubrificante. Microscopia óptica (MO) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram utilizadas para caracterização microestrutural das amostras e análise da camada de DLC. O desgaste nos pinos foi avaliado quantitativamente por perda de massa e pela medição da espessura de camada em MEV, após 100.000 ciclos. Análises da variação da rugosidade da topografia das amostras por MEV, foram realizadas para verificar os impactos do ensaio de desgaste sobre a superfície das amostras. A dureza e adesão do filme de DLC, foram medidas através de ensaios de nanodureza e nanoscratch test, respectivamente. Complementarmente, as amostras foram analisadas por nanodureza, GDOES (espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente) e o coeficiente de atrito, por ensaio de riscamento. Os resultados da perda de massa mostram que para as amostras sem a utilização de graxa lubrificante a taxa de desgaste foi consideravelmente menor. Os pinos de menor desgaste foram os dos conjuntos PS e HS, ambos sem utilização de graxa, que apresentaram uma perda de massa de 5,400 e 5,467 mg, respectivamente. Tais resultados encontrados comprovam a possibilidade de utilização de pinos com revestimento de DLC sem a utilização de graxa lubrificante em sistemas extratores de moldes de injeção e que isto ainda propicia uma redução considerável na taxa de desgaste. O filme de DLC apresentou uma camada uniforme, com espessura média de 3,34 μm e ausência de falhas entre o filme e o substrato após a sua deposição. O principal mecanismo de desgaste dos sistemas lubrificados com DLC foi abrasão, devido à pasta abrasiva criada com partículas de DLC e a graxa. Logo, a condição de pinos com DLC sem a graxa obteve um melhor desempenho nos testes de bancada.
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In this work, extractor pins of thermoplastic polymer injection molds, originally produced in AISI H13 steel and gas nitrided, were coated with a thin film of DLC (Diamond Like Carbon), making a tribological pair with extractor bushings of AISI P20 and AISI H13 steels quenched and tempered. The DLC thin film was deposited in a PECVD (plasma enhanced chemical vapour deposition) chamber with electrostatic confinement. A device that simulates the extraction system of an injection mold was used to test the wear behavior of the proposed pin-bushing pairs, as a function of the increase in the number of cycles. Different materials and lubrication conditions were tested, looking for more efficient alternatives to the current system that uses gas nitrided pins and white grease for molds as a lubricant. Optical microscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM) were used for the microstructural characterization of the samples and analysis of the DLC layer. Wear on the pins was quantitatively evaluated by mass loss and by measuring the layer thickness in SEM after 100,000 cycles. Analysis of the roughness variation of the topography of the samples by SEM was carried out to verify the impacts of the wear test on the surface of the samples. The hardness and adhesion of the DLC film were measured through nanohardness and nanoscratch tests, respectively. In addition, the samples were analyzed by nanohardness, GDOES (glow-discharge optical emission spectroscopy), and the friction coefficient, by scratching test. The mass loss results show that for the samples without the use of lubricating grease, the wear rate was considerably lower. The pins with the least wear were those of the PS and HS sets, both without the use of grease, which showed a mass loss of 5,400 and 5,467 mg, respectively. These results prove the possibility of using DLC coated pins without the use of lubricating grease in injection mold extractor systems and that this still provides a considerable reduction in the wear rate. The DLC film presented a uniform layer, with an average thickness of 3.34 μm and no gaps between the film and the substrate after its deposition. The main wear mechanism for DLC lubricated systems was abrasion, due to the abrasive paste created with DLC particles and the grease. Therefore, the condition of pins with DLC without the grease had a better performance in the bench tests.
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