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Tipo do documento: Dissertação
Título: Desenvolvimento de compósitos híbridos de polietileno carregados com alumina e reforçados com fibra de vidro
Título(s) alternativo(s): Hybrid composite material of alumina-filled polyethylene reinforced with fiberglass development
Autor: Lins, Sergio Augusto Barcellos 
Primeiro orientador: Rocha, Marisa Cristina Guimarães
Primeiro coorientador: D´almeida, José Roberto Moraes
Primeiro membro da banca: Sousa, Ana Maria Furtado de
Segundo membro da banca: Costa, Helson Moreira da
Terceiro membro da banca: Visconte, Leila Lea Yuan
Resumo: Nesse trabalho, materiais compósitos à base de polietileno de alta densidade (PEAD) carregados com alumina calcinada (Al2O3) e reforçados com fibras de vidro picotada (FV), foram desenvolvidos visando o aumento da resistência ao desgaste e da estabilidade térmica do polímero em virtude da adição da alumina, assim como da resistência mecânica, promovida pela incorporação de fibras de vidro picotadas à matriz polimérica. O desenvolvimento desses materiais constituiu inicialmente da preparação de compósitos binários de polietileno, PEAD/Al2O3, carregados com a carga particulada. As concentrações de alumina (Al2O3), variaram entre 5% w/w e 10% w/w. Posteriormente, compósitos híbridos PEAD/ Al2O3 /FV foram preparados utilizando teor de alumina de 10% w/w e teores de fibras de vidro variáveis, entre 10% w/w e 30% w/w. Os compósitos binários, assim como os compósitos híbridos, foram processados em extrusora de rosca-dupla, utilizando perfil de temperatura da zona de alimentação à zona de dosagem de 160°/170°/180°/190°/200°/210°/215°/220°/225°/230°C e rotação do parafuso de 600 rpm. As propriedades dos materiais obtidos foram avaliadas através de diversas técnicas de caracterização como: ensaios mecânicos em tração, ensaios de resistência ao impacto, termogravimetria (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A resistência ao desgaste dos compósitos binários foi avaliada através de ensaios tribológicos. Os resultados obtidos demonstraram que os compósitos híbridos apresentaram uma tendência de aumento da rigidez ao custo de uma perda significativa da tenacidade com o incremento do teor de fibras. Nesses materiais foi observado também aumento da resistência à tração e redução da resistência ao impacto. Um aumento do módulo de elasticidade foi observado tanto nos compósitos híbridos como nos binários. Esse aumento, entretanto, foi mais pronunciado nos compósitos híbridos. Os compósitos binários apresentaram redução da resistência à tração, enquanto os híbridos apresentaram um aumento deste valor em função da adição das fibras de vidro. Os compósitos híbridos apresentaram maior estabilidade térmica do que os binários e entalpias de fusão e de cristalização menores. Os compósitos binários apresentaram um aumento da resistência ao desgaste, com o progressivo aumento do teor de alumina incorporado. As micrografias obtidas evidenciaram a fraca adesão interfacial entre as partículas de alumina e o polímero, evidenciando a necessidade de um melhor tratamento superficial. De forma geral, se obteve nesse trabalho materiais à base de polietileno com rigidez e resistência mecânica superiores à do PEAD. A alumina, como esperado, promoveu do aumento da resistência ao desgaste do polietileno.
Abstract: In this investigation, composite materials made from high-density polyethylene (HDPE) and alumina, and from HDPE, alumina and fiberglass were developed aiming towards an improvement in its wear rate and thermal stability with the addition of alumina, as well as an improvement in stiffness and mechanical resistance with the addition of fiberglass. Alumina concentration employed ranged from 5% w/w to 10% w/w and fiberglass concentrations from 10% w/w to 30% w/w. For the hybrid composite materials, alumina concentration was maintained constant as the fiberglass concentration increased. Both composites were processed through extrusion method within a double-screw extruder with a temperature profile from feeding to dosing area of 160°/170°/180°/190°/200°/210°/215°/220°/225°/230° at a 600 rpm screw rotation. The composites properties were evaluated through a multi-analytical approach. The results pointed to a significant increase of the elastic moduli for the hybrid composite with higher inorganic filler content at the cost of a high decrease in toughness (from 25.2 MJ/m3 originally obtained with the raw polymer to 1.95 MJ/m3 for the higher filler concentration composite) alongside a slight decrease in impact resistance. Elastic moduli improvement was observed in both composites, hybrid and binary, being higher for the hybrid composites due to the addition of fiberglass. HDPE-Alumina composites presented a decrease in mechanical resistance whereas the hybrid composites have shown an increase of this value. Concerning thermal properties, the hybrid composites presented higher thermal stability than the HDPE-Alumina composites and a similar degradation temperature to the raw polymer. HDPE-Alumina composites were evaluated concerning wear rate and have shown an improvement of this property with increasing filler content. Micrographs pointed to a weak adhesion between alumina particles and the polymeric matrix. Overall, it was produced a polymer based material with considerably higher stiffness and mechanical resistance than that presented by the polyethylene. Alumina particles have also shown to improve the wear rate of the composite.
Palavras-chave: Polyethylene
Composite material
Hybrid composite
Fiberglass
Alumina
Polietileno
Material compósito
Compósito híbrido
Fibra de vidro
Alumina
Compósitos poliméricos
Plástico reforçado
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Idioma: por
País: BR
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais
Citação: LINS, Sergio Augusto Barcellos. Desenvolvimento de compósitos híbridos de polietileno carregados com alumina e reforçados com fibra de vidro. 2017. 86 f. Dissertação (Mestrado em Materiais não-metálicos; Física e mecânica dos materiais) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2017.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/8037
Data de defesa: 24-Ago-2017
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais

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