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Síntese e caracterizações da espuma rígida de poliuretano derivada de óleos vegetais dopada com hidróxido de alumínio

This work presents an experimental approach about the characterization of the main properties of the rigid polyurethane foam derived from renewable sources and doped with aluminum hydroxide as flame retardant. Several standards were used in order to standardize the tests and allow the comparison amo...

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Autor principal: Silva, Ênio Henrique Pires da
Formato: Dissertação
Idioma: Português
Publicado em: Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:
Poliuretanas
Resistência de materiais
Engenharia de materiais
Polyurethanes
Strength of materials
Materials engineering
x
Engenharia Mecânica
Acesso em linha: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5426
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spelling riut-1-54262020-11-04T06:01:13Z Síntese e caracterizações da espuma rígida de poliuretano derivada de óleos vegetais dopada com hidróxido de alumínio Syntheses and characterization of the polyurethane foam derived from vegetable oils doped with aluminum hydroxide Silva, Ênio Henrique Pires da Costa, Romeu Rony Cavalcante da http://lattes.cnpq.br/6785202465903803 Moreno, Joao Roberto Sartori http://lattes.cnpq.br/2121271692037520 Medeiros, Ricardo de http://lattes.cnpq.br/4312483155514255 Costa, Romeu Rony Cavalcante da http://lattes.cnpq.br/6785202465903803 Rosa, Silvia Luciana Favaro http://lattes.cnpq.br/6603422516062090 Poliuretanas Resistência de materiais Engenharia de materiais Polyurethanes Strength of materials Materials engineering x Engenharia Mecânica This work presents an experimental approach about the characterization of the main properties of the rigid polyurethane foam derived from renewable sources and doped with aluminum hydroxide as flame retardant. Several standards were used in order to standardize the tests and allow the comparison among the results available in the literature. The materials were prepared in laboratory and the sample densities were the same for all performed tests 180 kg/m³. The main property studied in this work was the foam decreasing flammability as the amount of aluminum hydroxide increased, therefore the standards ASTM D3801 and ASTM D635 were used to evaluate these properties. In order to obtain the foam mechanical properties, the flexural, tensile e compression tests were done following the ASTM D790 for the flexural test and ASTM D1621 for the compression one, moreover, the tensile test was inspired by ASTM D1623, but modified according to some studies in the literature. In addition, tests for acoustic transmission loss (ASTM E2611) and water absorption (ASTM D570) were made. The study on the morphology and homogenization of the material occurred by scanning electron microscopy and dispersive energy spectroscopy, respectively. The flammability tests showed that samples highly doped with flame-retardant 40% and 50% presented satisfactory values that could classify them as V-0 and HB for the vertical and horizontal tests respectively. The Flexural test showed that the maximum stresses were presented by the samples with 20% (1.91 MPa) and 30% (1.85 MPa) of flame retardant. The pure foam maximum stress was 1.55 MPa while foams with 40% and 50% of flame retardant showed values of 1.65 MPa and 1.53 MPa respectively. This variation was disregarded as significant due to the deviations presented by the samples. The ultimate strain decreased as higher the amount of aluminum hydroxide was. The pure foam tensile test presented a maximum stress of 1.29 MPa and this value decreased when the best flammability responsive materials 40% (1.09 MPa) and 50% (1.04 MPa) were tested. The stiffness of the samples with flame retardant had a smooth increase, however, the tensile test in the foams showed a relatively high standard deviation and the difference in stiffness ended up being even less evident. The compression tests showed a significant increase in mechanical strength for the doped foams, increasing the resistance in three times and the stiffness in nine for the 50% aluminum hydroxide doped foam. The sound transmission loss through the foam was not impaired by the addition of aluminum hydroxide, on the contrary, these values reached higher numbers in some materials. Foam morphology and the flame-retardant distribution within the foam were observed as random. Therefore, this work provides important information that can increase the range of applications of rigid polyurethane foam derived from vegetable oils, such increment is important due to the environmental appeal that surrounds society nowadays. Este trabalho apresenta uma abordagem experimental para caracterizar algumas propriedades da espuma rígida de poliuretano derivada de fontes renováveis dopada com hidróxido de alumínio como retardante de chama. Os materiais foram preparados em laboratório e a densidade da espuma utilizada no trabalho foi 180 kg/m³. A propriedade foco do trabalho foi a redução da flamabilidade da espuma rígida de poliuretano e os ensaios seguiram as normas ASTM D3801 e ASTM D635 para os ensaios de flamabilidade vertical e horizontal respectivamente. Os testes para obtenção das propriedades mecânicas da espuma foram flexão, tração e compressão e as normas dos ensaios foram ASTM D790 para flexão e ASTM D1621 para compressão, o ensaio de tração inspirou-se na norma ASTM D1623, mas com alguns conceitos diferentes e presentes na literatura. Além destes, foram realizados testes de avaliação de perda de transmissão sonora (ASTM E2611) e absorção de água (ASTM D570). O estudo sobre a morfologia e homogeneização do material aconteceu por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDX), respectivamente. Os ensaios de flamabilidade mostraram que as amostras com maior quantidade de retardante de chamas 40% e 50% apresentaram valores que puderam ser classificados como V-0 e HB para os ensaios verticais e horizontais respectivamente. Os resultados relativos ao ensaio de flexão mostraram que a tensão máxima suportada pela espuma foi maior nas amostras com 20% (1,91 MPa) e 30% (1,85 MPa) de retardante. A espuma pura apresentou 1,55 MPa de tensão máxima, enquanto as espumas com 40% e 50% de retardante de chamas exibiram 1,65 MPa e 1,53 MPa respectivamente. Essa variação não foi considerada tão significante devido aos desvios apresentados pelas amostras. A deformação máxima nesse ensaio apresentou queda considerável com o aumento da dopagem. O ensaio de tração da espuma pura obteve como tensão máxima 1,29 MPa e esse valor diminuiu para as amostras com melhor resultado de flamabilidade que foram as de 40% (1,09 MPa) e 50% (1,04 MPa). A rigidez das amostras com retardante tiveram um pequeno aumento, no entanto, o ensaio de tração nas espumas apresentou um desvio considerável e essa diferença de rigidez acabou sendo menos evidenciada ainda. Os ensaios de compressão mostraram um aumento significativo na resistência mecânica nas espumas mais dopadas, chegando a aumentar a resistência em três vezes e a rigidez em nove na espuma com 50% de retardante. A perda de transmissão sonora através da espuma não foi prejudicada com a adição do hidróxido de alumínio, pelo contrário, esses valores chegaram a aumentar em alguns materiais. A morfologia da espuma e a distribuição de retardante dentro da mesma foram observadas como aleatórias. Esse trabalho fornece informações importantes que podem aumentar a gama de aplicações da espuma rígida de poliuretano de origem vegetal, tal aumento é importante devido ao apelo ambiental que circunda a sociedade nos dias de hoje. 2020-11-03T18:00:05Z 2020-11-03T18:00:05Z 2020-02-07 masterThesis SILVA, Enio Henrique Pires da. Síntese e caracterizações da espuma rígida de poliuretano derivada de óleos vegetais dopada com hidróxido de alumínio. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5426 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Cornelio Procopio Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica UTFPR
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Silva, Ênio Henrique Pires da
Síntese e caracterizações da espuma rígida de poliuretano derivada de óleos vegetais dopada com hidróxido de alumínio
description This work presents an experimental approach about the characterization of the main properties of the rigid polyurethane foam derived from renewable sources and doped with aluminum hydroxide as flame retardant. Several standards were used in order to standardize the tests and allow the comparison among the results available in the literature. The materials were prepared in laboratory and the sample densities were the same for all performed tests 180 kg/m³. The main property studied in this work was the foam decreasing flammability as the amount of aluminum hydroxide increased, therefore the standards ASTM D3801 and ASTM D635 were used to evaluate these properties. In order to obtain the foam mechanical properties, the flexural, tensile e compression tests were done following the ASTM D790 for the flexural test and ASTM D1621 for the compression one, moreover, the tensile test was inspired by ASTM D1623, but modified according to some studies in the literature. In addition, tests for acoustic transmission loss (ASTM E2611) and water absorption (ASTM D570) were made. The study on the morphology and homogenization of the material occurred by scanning electron microscopy and dispersive energy spectroscopy, respectively. The flammability tests showed that samples highly doped with flame-retardant 40% and 50% presented satisfactory values that could classify them as V-0 and HB for the vertical and horizontal tests respectively. The Flexural test showed that the maximum stresses were presented by the samples with 20% (1.91 MPa) and 30% (1.85 MPa) of flame retardant. The pure foam maximum stress was 1.55 MPa while foams with 40% and 50% of flame retardant showed values of 1.65 MPa and 1.53 MPa respectively. This variation was disregarded as significant due to the deviations presented by the samples. The ultimate strain decreased as higher the amount of aluminum hydroxide was. The pure foam tensile test presented a maximum stress of 1.29 MPa and this value decreased when the best flammability responsive materials 40% (1.09 MPa) and 50% (1.04 MPa) were tested. The stiffness of the samples with flame retardant had a smooth increase, however, the tensile test in the foams showed a relatively high standard deviation and the difference in stiffness ended up being even less evident. The compression tests showed a significant increase in mechanical strength for the doped foams, increasing the resistance in three times and the stiffness in nine for the 50% aluminum hydroxide doped foam. The sound transmission loss through the foam was not impaired by the addition of aluminum hydroxide, on the contrary, these values reached higher numbers in some materials. Foam morphology and the flame-retardant distribution within the foam were observed as random. Therefore, this work provides important information that can increase the range of applications of rigid polyurethane foam derived from vegetable oils, such increment is important due to the environmental appeal that surrounds society nowadays.
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citation SILVA, Enio Henrique Pires da. Síntese e caracterizações da espuma rígida de poliuretano derivada de óleos vegetais dopada com hidróxido de alumínio. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2020.
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