Repositório RCAAP

ABSTRACT The usage of natural fibers on the composites development has grown rapidly in the recent years due to the fibers plentiful availability, renewable source, low density and biodegradability. However, there are some drawbacks, for instance, the fiber dispersion on a polyolefin matrix. In this work, the influence of processing speed on the mechanical and dynamic mechanical properties of polystyrene (PS) filled with cellulose fiber composites was investigated. The composites were processed on a twin-screw co-rotating extruder, using screw speeds of 200 rpm, 400 rpm and 600 rpm. The dynamic mechanical properties and the mechanical properties were investigated as a function of fiber content. The composites processed on a screw speed of 400 rpm had presented an increase on flexural and impact strength, compared to the composites processed at 200 rpm. The flexural and storage modulus had increased when increasing the fiber content, as well as increasing the processing speed. The greater fiber dispersion obtained at a screw speed of 400 rpm hinders the agglomeration arrangement and distributes the fibers more equally on the matrix. The increase on processing speed probably generates a fiber size reduction, increasing the fiber superficial area and generating a greater contact with the matrix as well. Therefore, the efforts transference of matrix to fibers is improved, originating an increase on the evaluated properties.

RESUMO Pesquisas tem sido realizada com objetivo de combinar propriedades dos materiais com a finalidade de melhorar o processo de regeneração. Portanto scaffolds como sistemas de liberação controlada de fármacos tem sido estudado a fim de proporcionar o crescimento do tecido ao mesmo tempo que a região esteja sendo tratada. Diante disso, essa pesquisa tem como objetivo desenvolver scaffolds de quitosana e avaliar a inserção do fármaco curcumina por meio dos métodos de reação de solução e adsorção visando obter um sistema quitosana/curcumina para liberação controlada do fármaco. Os scaffolds foram produzidos pelo método de agregação de esferas, onde as esferas foram inicialmente obtidas a partir do gotejamento da solução de quitosana e quitosana/curcumina em solução de sulfato de sódio (5%) e posteriormente agregadas pela solução de gelatina (5%). Foram realizadas as caracterizações de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e calorimetria exploratória diferencial (DSC). Por FTIR sugeriu-se a interação da quitosana com a curcumina. A partir das avaliações morfológicas por MO e MEV foi possível identificar o fármaco no interior das estruturas pelos dois métodos utilizado. E por DSC observou-se para amostra de quitosana/curcumina o desaparecimento do pico de fusão característico da curcumina, indicando assim que a curcumina foi encapsulada na quitosana no estado amorfo, o que provavelmente ocasionará uma liberação mais lenta do fármaco. Dessa forma, constatou-se que as estruturas obtidas são promissoras para o estudo de liberação controlada de fármaco.

ABSTRACT In this study, Zn incorporated non-stoichiometric hydroxyapatite (nHAp) was synthesized via precipitation method and effect of the incorporation of Zn (fraction: 2, 4, 6 and 8 mol-%) on the microstructure of nHAp was studied by XRD, FTIR analysis and SEM-EDS techniques. The formation of nHAp was confirmed by XRD and FTIR those showed that no secondary phase was formed through the Zn incorporation. The SEM studies also revealed that particles were formed in nano-metric size (30-60 nm). It was found that crystallite and particle size of Zn incorporated nHAp gradually decreased up to 6 mol-%, and started to increase while the Zn fraction reached up to the 8 mol-% and hence the morphology of the aggregated products was also changed. It can be concluded that the incorporation of Zn cations cause to form nHAp phase. Furthermore, the nHAp microstructure has deviated from stoichiometric condition by incorporation of more Zn cations.

RESUMO O presente trabalho trata da simulação numérica do comportamento mecânico de microestruturas de Compósitos com Matriz Metálica (CMMs) utilizando uma proposta de modelo de homogeneização computacional baseada numa abordagem multi-escala. Na microestrutura do compósito, as inclusões são consideradas elásticas e o comportamento da matriz é governado pelo modelo de von Mises com endurecimento isotrópico. Um modelo de fratura coesiva é desenvolvido para simular a fase de descolamento da interface matriz/inclusão. Todo o estudo é baseado no conceito de Elemento de Volume Representativo (EVR), no qual podem ser empregados modelos constitutivos que levam em conta os fenômenos dissipativos de fissuração e plasticidade. Uma série de EVRs com diferentes composições de inclusões elásticas e submetidos a diferentes condições de restrição cinemática foram analisados. Também observou-se a sensibilidade paramétrica do modelo de fratura coesiva e a importância de se considerar a fase de descolamento matriz/inclusão no processo de ruptura da microestrutura. De modo geral, os resultados encontrados contribuem para a discussão acerca do emprego de modelos simples, em termos de formulação e identificação paramétrica, na modelagem da microestrutura de materiais heterogêneos, refletindo assim na acurácia de resultados qualitativos quanto ao seu comportamento macroscópico.

ABSTRACT The structural parameters, band structures and density of states of anatase TiO2 co-doped with Cu and S were calculated by first-principles based on the density functional theory. The results indicate that the volumes of the co-doped TiO2 increase due to the lattice distortion. The calculated X-ray diffraction pattern shows that the crystal phase of TiO2 is still kept as anatase after Cu and S co-doping. The band gap of TiO2 broadened when S substitutes for Ti or O along with Cu substitutes for Ti. The calculated partial density of states shows that the impurity energy levels mainly come from the Cu 3d and S 3p orbital. The calculated results may provide some theoretical foundations for the photocatalytic activity enhancement of TiO2 co-doped with Cu and S.

RESUMEN En este trabajo se evaluó el efecto de la electrodeposición de fosfato de calcio sobre nanoestructuras de TiO2. Para ello, se desarrollaron nanoestructuras de TiO2 sobre sustratos de Ti6Al4V en una solución de NH4F y NH4H2PO4 y posteriormente se realizó electrodeposición catódica empleando una solución compuesta de Ca(NO3)2 y (NH4)2HPO4 como electrolito. La morfología de las superficies se observó mediante microscopia electrónica de barrido y la capacidad de las superficies para formar apatitas se evaluó a través de absorción atómica tras inmersión de las muestras en fluido corporal simulado (SBF) durante 7 días. Finalmente se evaluó la respuesta electroquímica de las superficies biofuncionalizadas mediante pruebas de resistencia a la polarización y curvas potenciodinámicas. Estos ensayos permitieron observar un incremento en la resistencia a la degradación de las superficies biofuncionalizadas respecto al sustrato.

ABSTRACT This study was aimed to investigate the welding parameters on mechanical behavior of 2 mm thick AA1050 sheet materials joined by cold metal transfer (CMT) method. Macro structural examination showed that decreasing heat input decreased the pore size in the weld metal. Tensile test was applied and failure occurred in heat affected zone of aluminum sheet metal. Maximum tensile strength was found in the sample with minimum heat input. Heat affected zone was observed explicitly in the sample produced with the maximum heat input. Decreasing joint gap affected the bending strength positively. Bending strength was found superior with maximum bonding line length.

RESUMO Neste trabalho, investigamos o processo de preparação de filmes finos de niobato de lítio (LiNbO3), utilizando como fonte de Nióbio (Nb) o Oxalato Amoniacal de Nióbio (NH4H2NbO(C2O4).3H2O, na síntese da resina precursora pelo método dos precursores poliméricos (Pechini). A cinética de formação de fase foi investigada com base nos padrões de difração de raios x (DRX) das amostras, revelando uma forte influência da estequiometria da resina e do tratamento térmico sobre a formação da fase desejada LiNbO3. Uma análise comparativa com estudos já realizados na literatura e dados experimentais observados para o pó, revelam que esta forte influência sobre a formação de fase dos filmes possivelmente esta relacionada ao emprego do precursor Oxalato como material de partida. A morfologia dos filmes foi investigada com base em imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FEG-SEM), revelando uma microestrutura heterogênea e não contínua. Uma análise qualitativa dos elementos presentes no filme foi realizada com base em medidas de energia dispersiva de raios x (SEM-EDS), revelando a presença residual do elemento químico carbono nas amostras finais, embora as fases contendo íons de carbono não tenham sido evidenciadas nos estudos de DRX.

RESUMO O reaproveitamento de resíduos de borracha é de extrema importância atualmente, tanto para minimizar os efeitos nocivos no meio ambiente, quanto para reduzir o custo no desenvolvimento de novos materiais. Considerando que a maioria dos trabalhos relatados na literatura se refere ao reaproveitamento dos resíduos de pneus, o presente trabalho tem como objetivo avaliar a influência dos compatibilizantes SBS e SEBS-MA no desempenho da mistura de PS/resíduo de borracha da indústria de calçado (SBR), utilizando 5% em peso destes compatibilizantes. As misturas inicialmente foram preparadas em uma extrusora de rosca dupla corrotacional e, posteriormente, os grânulos extrudados moldados por injeção. Estas foram analisadas por ensaios de impacto, flexão, temperatura de deflexão térmica (HDT), termogravimetria (TG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados evidenciaram que a utilização de qualquer um dos compatibilizantes na mistura PS/SBR aumentou expressivamente a resistência ao impacto, enquanto que as propriedades de flexão e HDT foram inferiores em relação à matriz polimérica. Em geral, ficou comprovado que o SBS é mais eficaz no processo de compatibilização do sistema PS/SBR, aumentando em 320% a resistência ao impacto em relação ao PS, bem como tendo uma perda de apenas 10,9% da HDT. Os resultados de termogravimetria ilustraram que a mistura PS/resíduo apresentou uma maior estabilidade térmica, em relação ao PS puro, para temperatura superior a 376ºC. As morfologias apresentadas pelas misturas ternária e binária foram bastante diferentes e típicas de misturas imiscíveis. Estes resultados mostram uma boa perspectiva de uso destes rejeitos industriais (SBR), uma vez que se pode valorizar um material que seria descartado. Além disso, tem a possibilidade de desenvolver um novo material com boas propriedades, bem como minimizar o efeito negativo desses rejeitos nos ecossistemas.

ABSTRACT In conventional recycling method, metal chips are cast after pressing and melting in electric arc furnace. Material loss occurs during the recycling from liquid metal due to the several reasons. Direct recycling method which produces the aluminium powder from aluminium chips using mechanical mill can be an alternative to conventional recycling method. Thus material and energy losses, and labour cost will be reduced by direct recycling method without melting. In this study, the particle morphology of powder direct recycled from AA6013 aluminium alloy chips with cryogenic, disc and ball type grinders is investigated. Mechanical milling resulted flaky and irregular shaped AA6013 particles. It was ascertained that the chips did not break sufficiently in despite of the long duration milling mechanisms by ball mill. Cryogenic mill provides the energy required for milling mechanisms to act. Disc mill has the highest impact energy was determined. Consequently, efficiency of ball mill is lower than the efficiency of cryogenic and disc type mills. Shape factors of powders produced with ball and cryogenic mills were found greater than that of the powder produced by disc mill. Disc mill has the most efficient and effective impact energy which produces the smaller particles per minute, was determined.

ABSTRACT Wear resistance and Frictional stability are key performance requirements for brake lining. Automotive brake linings are usually made of various ingredients such as binder, filler, friction modifiers and reinforcement. Rockwool is a mineral fiber and steel fiber is a metallic fiber. In this work reinforcement fibers used are both the mineral and metallic fibers with six different composition prepared and tested. The result shows that metallic fibers should be high compared to mineral fiber for best frictional performance and wear resistance. Friction-wear properties of the reinforced samples were investigated on the cast iron disc as a counterpart using a pin on disc wear tester. The investigation confirmed that the sample with increase in steel fiber (4%, 8% and 12%) improves the wear resistance. On the other hand specimen with high content of Rockwool fiber forms an improper ratio among the other ingredients. The SEM images of the sample indicated that an increase in steel fiber higher than 12% content resulted in adhesive wear.Analysis of the experimental result shows that the sample with 12% steel fiber and 8% Rockwool fiber exhibited the optimum friction-wear behavior. Finally the effect of environment on the composites was investigated in water, salt water and oil.

RESUMO Este trabalho tem por objetivo caracterizar o desempenho de resistência mecânica e absorção de água de blocos solo-cimento para alvenaria, após 28 dias de cura, com a incorporação limite dos seguintes coprodutos siderúrgicos em substituição parcial ao solo: adições de até 20 % em massa do pó de balão coletado em alto-forno, até 10 % de poeiras de despoeiramento de aciaria elétrica, e até 20 % de escória granulada de forno elétrico a arco. As formulações propostas incluem adições simultâneas de pós obtidos do descarte da produção de blocos solo-cimento, onde a substituição parcial ao solo foi de até 20 % em massa. Os resultados obtidos sugerem a potencialidade de uso dos resíduos siderúrgicos em blocos intertravados de solo-cimento para alvenaria sustentável, como alternativa de aplicação para esses resíduos. Verificou-se a possibilidade de bons resultados confrontando os valores exigidos por norma (absorção de água < 20% e resistência mecânica > 2,0 MPa) com destaque quando se utilizou 20% pó de balão juntamente com 10% de reuso do bloco solo-cimento; 10% de escória de aciaria ou 20% de escória de aciaria juntamente com 10% de reuso do bloco solo-cimento; e 2,5% de pó de despoeiramento juntamente com 20% de reuso do bloco solo-cimento.

RESUMEN Se describe un método simple y barato para la fabricación de moldes de alúmina nanoporosa, con potenciales aplicaciones para la fabricación de nanohilos. Se utiliza como materia prima un aluminio de grado comercial. Los moldes nanoporosos fabricados tienen un diámetro promedio de poros de (20 ± 4) nm. El proceso de fabricación consta de dos etapas de anodizado. Se detallan ambas etapas de anodizado y se caracteriza el material que se obtiene como resultado de cada una de ellas. Los moldes nanoporosos obtenidos con dos pasos de anodizado tienen la distribución más estrecha de tamaño de poros, mejor circularidad y orden espacial. En dichos moldes se crecen nanohilos a base de ferrita de cobalto (CoFe2O4). Para hacerlo, se usa un método simple y un equipamiento sencillo. Mediante microscopía electrónica se hace una caracterización morfológica de las plantillas y de los nanohilos obtenidos.

RESUMO A retificação é um processo de usinagem por abrasão destinada a obtenção de peças com baixas tolerâncias dimensionais e de acabamento superficial. Neste processo é indispensável para garantir a qualidade superficial da peça, a lubri-refrigeração, proporcionada pela ação do fluido de corte. Entretanto, o uso de tal fluido gera elevado custo de descarte, risco para o meio ambiente e a saúde dos operadores. O objetivo deste trabalho é o estudo de métodos que minimizem tais desvantagens através da otimização da aplicação do fluido de corte (método otimizado) ou através da redução de consumo de tal fluido (método da MQL). Os métodos propostos foram avaliados especificamente na retificação cilíndrica do aço ABNT 52100, amplamente usado na fabricação de rolamentos, utilizando rebolo convencional de carbeto de silício com ligante resinoide. Os ensaios foram realizados em três diferentes velocidades de avanço: 0,25, 0,50 e 0,75mm/min, sendo as taxas de remoção de material, respectivamente, 0,72, 1,44 e 2,16 mm³/mm.s. A análise dos resultados foi feita através da avaliação das variáveis de saída do processo de retificação, tais como rugosidade, desgaste do rebolo, relação G, microdureza e microestrutura. Foram obtidos bons resultados de rugosidade para todos os métodos, porém os resultados de desgaste do rebolo e os possíveis danos à peça aumentam conforme menor for a capacidade refrigerante do método de lubri-refrigeração utilizado devido à reatividade do carbeto de silício com o ferro a altas temperaturas. O método de lubrificação com MQL apresenta menores esforços de corte, consequentemente é requerida menor potência de usinagem, porém o método de lubri-refrigeração convencional, no geral, apresenta melhores resultados.

ABSTRACT Many dynamic engineering systems have interferences and interactions that causes wear under friction effect. Carbonaceous materials, such as polycrystalline graphites, are of great interest in engineering systems due to their inherent lubricant properties and their versatility as a material for applications in the areas of mechanics, transportation, energy systems and sensitive technologies. In this work the tribological behavior of three identical pairs, pin-on-disc, of commercial polycrystalline graphites were evaluated, in a controlled environment at 20 °C and 50 % RH. Results of tribological behavior were correlated considering the prevalence of basal plane, identified by polarized light optical microscopy, as a function of the tribological behavior, measured by tests with pin on disc tribometer. The results showed that the coefficient of friction behavior is directly related to the basal plane mosaic domain and the extension of the damage generated on this plane due to the contact between the tribological pair. The materials studied presented an increase in the friction coefficient values, 0,10; 0;13 and 0,23 with increasing area of the basal plane mosaic domain, respectively 55; 64 and 81% respectively.

RESUMO O consumo de areias de britagem para produção de argamassas vem aumentando, uma vez que as jazidas de areia natural estão cada vez mais escassas e que a exploração dessa areia gera grande impacto ambiental. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é verificar a influência do emprego de areias de britagem de diferentes origens e mineralogias nas propriedades de argamassas de revestimento no estado fresco. Com base em uma ampla caracterização de agregados originários de diferentes fontes litológicas, a pesquisa visou avaliar quais parâmetros da areia melhor explicam os comportamentos de consistência e de densidade de massa da argamassa. O estudo foi realizado com cinco areias, sendo uma areia natural e quatro de britagem oriundas de rochas de diferentes litologias (granito, dolomito, micaxisto e quartzito). Além da caracterização granulométrica e da determinação dos índices físicos das areias, foram realizadas análises morfoscópica e petrográfica, bem como a determinação do ângulo de atrito interno por meio do ensaio de cisalhamento direto. Para verificar o efeito das características das areias nas propriedades da argamassa no estado fresco, empregou-se uma mistura 1:1:6 (cimento:cal:areia, em volume), tendo-se realizados os ensaios de determinação do índice de consistência na mesa ABNT, penetração do cone e densidade de massa. As principais conclusões obtidas ressaltam que a porosidade (vazios entre partículas e grãos de areia) e a massa unitária da areia são os parâmetros que melhor se correlacionam com a consistência e a densidade de massa das argamassas, o que é explicado pela alteração imposta no volume de pasta das argamassas devido ao volume de vazios deixado pelos grãos das areias.

ABSTRACT The compatibility between superplasticizer and cement was influenced by the adsorption capacity of cement particles. This study investigated the relevance between the adsorption capability and surface free energy. Adsorption capacity and surface free energy of both sulphoaluminate cement and portland cement were measured. The adsorption capacity of cement particles was measured by ultraviolet spectrophotometry. The test showed that particles of sulphoaluminate cement adsorbed more molecules of superplasticizer than portland cement particles. The weight of superplasticizer adsorbed by 2g of sulphoaluminate cement and portland cement were 0.28mg and 0.159mg respectively. Surface free energy of cement particles was calculated by contact angle and the contact angles were determined by the thin-layer wicking technique and washburn equation which is theoretical basis of thin-layer wiching technique presented by Chibowski E. The sulphoaluminate cement, portland cement's surface free energy were 51.46 mJ·m-2 and 49.36 mJ·m-2 respectively. The results showed that the higher adsorption capacity of particles was usual accompanied by higher surface free energy. The fluidity of cement paste was influenced by the adsorption capacity of cement particles because the more molecules of superplasticizer was adsorbed by cement particles there were lacking superplasticizer in the paste. The macro-behaviour of higher adsorption capacity is that the cement paste need more superplasticizer to reach the needed fluidity.

RESUMO Neste trabalho foram realizados estudos sobre a fabricação de um biocompósito à base de titânio para implantes dentários a partir da mistura de pó de hidreto de titânio (92%) com nitrato de cálcio (8% em volume). O pó de hidreto de titânio foi adicionado na solução aquosa de nitrato de cálcio, dissolvido por agitação mecânica, e em seguida os precursores foram misturados e dispersados/homogeneizados por ultrassom. Posteriormente, a mistura foi secada em evaporador rotativo, compactada com 600 MPa à temperatura ambiente, desmoldada e sinterizada em alto vácuo a 1200 oC durante 2 horas. Foi analisada a microestrutrura e fases formadas, as propriedades mecânicas, a rugosidade da superfície, a porosidade aberta, a molhabilidade da superfície e a citotoxicidade do biocompósito. As fases identificadas após a sinterização foram α-Ti e CaTiO3. O limite de resistência em compressão, o módulo de Young (E) e o ângulo de contato do biocompósito diminuíram significativamente com relação ao hidreto de titânio puro sinterizado nas mesmas condições. O limite médio de resistência em compressão do hidreto de titânio foi de 1794,67 MPa e do biocompósito foi de 481,36 MPa. O módulo de Young e o ângulo de contato do hidreto de titânio e do biocompósito foram de aproximadamente 112 GPa e 94 graus, e de 75 GPa e 83 graus, respectivamente. A rugosidade de superfície foi da mesma ordem de grandeza entre os materiais e ficou aproximadamente entre 1,4 e 1,5 µm (Ra) e 1,4 e 1,9 µm (Ra e Sa), medidas com rugosímetro de contato e com microscópio confocal a laser, respectivamente. A porosidade aberta do biocompósito sinterizado foi de aproximadamente três vezes maior do que aquela do hidreto de titânio sinterizado. Nos ensaios de citotoxicidade a porcentagem de células viáveis do biocompósito foi superior àquela do controle negativo e àquela do hidreto de titânio sinterizado.

RESUMO A retificação é um processo de alta geração de calor, portanto, com seu uso em larga escala, a pesquisa e desenvolvimento de novas técnicas de lubri-refrigeração se fazem necessários, visando respeitar as leis ambientais, preservar a saúde do operador e reduzir custos de produção. Deve-se, então, buscar soluções que mantenham os mesmos parâmetros de qualidade, acabamento e os mesmos efeitos tecnológicos. Um dos métodos propostos para este fim é o MQL (mínima quantidade de lubrificação), que utiliza uma mistura de ar com baixo fluxo de óleo a elevada pressão. O aço a ser utilizado como corpo de prova foi VP 50, muito usado na indústria em moldes para injeção de termoplásticos. O rebolo utilizado foi o de carbeto de silício verde, com ligante vitrificado. Apresentam boas características térmicas, estabilidade química elevada na retificação ferros fundidos, materiais não ferrosos e não metálicos. A análise dos resultados foi feita através avaliação das variáveis de saída do processo, tais como rugosidade, emissão acústica, circularidade, microscopia óptica (para verificação de dano térmico) e microdureza. Dentre os resultados evidenciados, a técnica MQL demonstrou ser superior ao método convencional apenas nos parâmetros de circularidade e desgaste diametral do rebolo, sendo que não houve alteração microestrutural em ambos os métodos de lubrificação.

ABSTRACT Natural products are used in wound healing in order to prevent infection. Propolis is a well known antimicrobial with phenolic compounds and flavonoid content which vary according to the propolis origin. Besides propolis (from both Brazilian and UK sources), pomegranate, dragon's blood and sage are possible antimicrobials to be used in biomaterials. The goal of this work was to analyze the amount of phenols and flavonoid compounds in these natural products, their antioxidant activities and the bonds present by FTIR. The FTIR analysis revealed the presence of active compounds in all drug samples. The phenols quantification showed that Brazilian propolis was rich in phenols compared to the other drugs, followed by pomegranate and UK propolis. UK propolis was the most rich in flavonoids, which is expected on account of its origin. Pomegranate, UK propolis and Dragon's blood presented the highest antioxidant activity. All samples presented antioxidant activity > 82%.