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Authors
Abstract(s)
A utilização de materiais compósitos de polímeros de origem sintética reforçados com fibras (FRP) causa um impacto ambiental considerável. A consciencialização das indústrias e a aplicação de políticas ambientais que visam contrariar o impacto causado, impulsionaram a investigação e o desenvolvimento de materiais provenientes de recursos naturais. Assim, surgiu a necessidade de encontrar materiais economicamente viáveis, que satisfizessem as necessidades industriais e ambientais - os materiais compósitos eco sustentáveis. Este projeto visa o desenvolvimento de um material compósito eco sustentável, produzido através de matérias-primas derivadas de recursos naturais, utilizando uma resina natural, derivada de óleo de soja, AESO, e dois tipos de reforço, o Kaolin e a celulose microcristalina (MCC) e, como fotoiniciador, a benzofenona. A radiação ultra-violeta foi utlizada para o processo de cura. Foram produzidas diferentes misturas de materiais e caracterizadas através de ensaios mecânicos. Inicialmente, foram produzidos provetes utilizando resina AESO, variando apenas as quantidades dos dois tipos de enchimento (0-15%) e do fotoiniciador (0-1%). Posteriormente, foi efetuada a caracterização mecânica dos materiais através de testes mecânicos, tais como ensaios de Dureza e Tração, e obtidas propriedades como a dureza, resistência à tração, módulo de Young e coeficiente de Poisson. Os ensaios de Tração foram efetuados com recurso a um equipamento de correlação de imagem digital. Foi ainda avaliada a sua capacidade de absorção de água. Caracterizados todos os materiais compósitos produzidos, recorreu-se à regra das misturas como método de homogeneização. Posteriormente, foram efetuadas análises de elementos finitos com o propósito de comprovar os dados obtidos experimentalmente. De acordo com as propriedades mecânicas obtidas verifica-se que os materiais produzidos apenas terão aplicação em situações bastante específicas. No entanto, considera-se que, tendo em conta a sustentabilidade das matérias-primas utilizadas, poderão ser considerados um bom ponto de partida para a diminuição do impacto ambiental causado pelos materiais compósitos convencionais.Este projeto visa o desenvolvimento de um material compósito eco sustentável, produzido através de matérias-primas derivadas de recursos naturais, utilizando uma resina natural, derivada de óleo de soja, AESO, e dois tipos de reforço, o Kaolin e a celulose microcristalina (MCC) e, como fotoiniciador, a benzofenona. A radiação ultra-violeta foi utlizada para o processo de cura. Foram produzidas diferentes misturas de materiais e caracterizadas através de ensaios mecânicos. Inicialmente, foram produzidos provetes utilizando resina AESO, variando apenas as quantidades dos dois tipos de enchimento (0-15%) e do fotoiniciador (0-1%). Posteriormente, foi efetuada a caracterização mecânica dos materiais através de testes mecânicos, tais como ensaios de Dureza e Tração, e obtidas propriedades como a dureza, resistência à tração, módulo de Young e coeficiente de Poisson. Os ensaios de Tração foram efetuados com recurso a um equipamento de correlação de imagem digital. Foi ainda avaliada a sua capacidade de absorção de água.Caracterizados todos os materiais compósitos produzidos, recorreu-se à regra das misturas como método de homogeneização. Posteriormente, foram efetuadas análises de elementos finitos com o propósito de comprovar os dados obtidos experimentalmente. De acordo com as propriedades mecânicas obtidas verifica-se que os materiais produzidos apenas terão aplicação em situações bastante específicas. No entanto, considera-se que, tendo em conta a sustentabilidade das matérias-primas utilizadas, poderão ser considerados um bom ponto de partida para a diminuição do impacto ambiental causado pelos materiais compósitos convencionais.
The use of synthetic fiber-reinforced polymer composite materials (FRP) causes a considerable environmental impact. The awareness of industries and the application of environmental policies aimed at countering the impact have driven research and development of materials derived from natural resources. Thus, the need arose to find economically viable materials that met industrial and environmental needs - eco-sustainable composite materials.This project aims to develop an eco-sustainable composite material produced using raw materials derived from natural resources, using a natural resin derived from soybean oil, AESO, and two types of reinforcement, Kaolin and microcrystalline cellulose (MCC), and as a photoinitiator, benzophenone. Ultra-violet radiation was used for the curing process. Different material mixtures were produced and characterized through mechanical tests. Initially, test specimens were produced using AESO resin, varying only the amounts of the two types of filler (0-15%) and the photoinitiator (0-1%). Subsequently, mechanical characterization of the materials was carried out through mechanical tests such as hardness and tensile tests, and properties such as hardness, tensile strength, Young's modulus, and Poisson's ratio were obtained. Tensile tests were carried out using a digital image correlation equipment. Its water absorption capacity was also evaluated. After characterizing all the produced composite materials, the rule of mixtures was used as a method of homogenization. Subsequently, finite element analysis was carried out to verify the experimentally obtained data. According to the obtained mechanical properties, it is evident that the produced materials will only have application in very specific situations. However, considering the sustainability of the raw materials used, they can be considered a good starting point for reducing the environmental impact caused by conventional composite materials.
The use of synthetic fiber-reinforced polymer composite materials (FRP) causes a considerable environmental impact. The awareness of industries and the application of environmental policies aimed at countering the impact have driven research and development of materials derived from natural resources. Thus, the need arose to find economically viable materials that met industrial and environmental needs - eco-sustainable composite materials.This project aims to develop an eco-sustainable composite material produced using raw materials derived from natural resources, using a natural resin derived from soybean oil, AESO, and two types of reinforcement, Kaolin and microcrystalline cellulose (MCC), and as a photoinitiator, benzophenone. Ultra-violet radiation was used for the curing process. Different material mixtures were produced and characterized through mechanical tests. Initially, test specimens were produced using AESO resin, varying only the amounts of the two types of filler (0-15%) and the photoinitiator (0-1%). Subsequently, mechanical characterization of the materials was carried out through mechanical tests such as hardness and tensile tests, and properties such as hardness, tensile strength, Young's modulus, and Poisson's ratio were obtained. Tensile tests were carried out using a digital image correlation equipment. Its water absorption capacity was also evaluated. After characterizing all the produced composite materials, the rule of mixtures was used as a method of homogenization. Subsequently, finite element analysis was carried out to verify the experimentally obtained data. According to the obtained mechanical properties, it is evident that the produced materials will only have application in very specific situations. However, considering the sustainability of the raw materials used, they can be considered a good starting point for reducing the environmental impact caused by conventional composite materials.
Description
Trabalho final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica
Keywords
Compósitos biodegradáveis Óleo de soja Resinas naturais Cura por UV Celulose microcristalina Kaolin Propriedades Mecânicas Biodegradable composites Soybean oil Natural resins UV curing Microcrystalline cellulose
Citation
Nunes, Miguel Quental - Desenvolvimento e avaliação de propriedades mecânicas de compósitos recicláveis. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2023. Dissertação de Mestrado