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http://guaiaca.ufpel.edu.br:8080/handle/prefix/9121
metadata.dc.type: | doctoralThesis |
Title: | Desenvolvimento de Multifilamentos de Nanotubos de Carbono e Avaliação de seu Comportamento em Condições de Fluência e Fadiga |
metadata.dc.creator: | Clain, Fernanda Mazuco |
metadata.dc.contributor.advisor1: | Osório, Alice Gonçalves |
metadata.dc.description.resumo: | Nanotubos de carbono (NTC) são estruturas que apresentam propriedades mecânicas extraordinárias, representando uma descoberta com grande potencial nos mais diferentes campos. Uma das macroestruturas formadas por NTCs são os multifilamentos, que vem sendo altamente estudados nas últimas décadas, podendo ser aplicados como sensores, atuadores, músculos artificiais, entre outros. Multifilamentos de NTCs foram fabricados a partir florestas altamente alinhadas, pelo método ‘forest spinning’, com cinco camadas de filme de NTCs. Testes preliminares de tração e das características morfológicas dos multifilamentos foram feitos para determinar o número ideal de torções. Corpos de prova foram fabricados com 2000 torções por metro e tiveram sua resistência à tração e características morfológicas analisadas, assim como multifilamentos de produção industrial de NTCs. As imagens obtidas por microscopia de varredura mostraram que os multifilamentos mantiveram torção após os testes de tração. Os multifilamentos de produção própria apresentaram 317 ± 56 MPa de tensão de ruptura, enquanto os multifilamentos de produção industrial 850 ± 71 MPa. Então, o multifilamento de produção industrial foi testado em fluência em um nível de carga (70%) e os multifilamentos fabricados com múltiplas camadas foram testados com três carregamentos diferentes, baseados no percentual da carga de ruptura obtida nos testes de tração (YBL – Yarn Break Load): 50%, 70% e 80% do YBL. O multifilamento de produção industrial apresentou vida em fluência de 0,1 hora, enquanto o multifilamento de produção própria resistiu por 254 horas. Nas cargas mais baixas, os multifilamentos multicamadas aparenta ter três ciclos de fluência, aparentando ruptura parcial seguida de uma regeneração do multifilamento. Os multifilamentos foram analisados também em fadiga, após a definição dos parâmetros de teste de maneira empírica. Os multifilamentos foram testados em fadiga tensão-tensão, o multifilamento de produção industrial com carga entre 20 e 80% do YBL e o multifilamento multicamadas entre 20 e 70% do YBL. O multifilamento de produção industrial resistiu por 27999 ciclos e o multifilamento multicamadas teve seu teste interrompido em 106 ciclos. Após a ciclagem de fadiga, o multifilamento multicamadas foi levado à ruptura, apresentando força na ruptura a maior que a apresentada no teste antes dos ciclos de fadiga. |
Abstract: | Carbon nanotubes (CNT) are structures that present extraordinary mechanical properties, representing a discovery with great potential in the most diverse fields. One of the macrostructures formed by CNTs are yarns, which have been highly studied in recent decades, and can be applied as sensors, actuators, artificial muscles, among others. CNT yarns were manufactured from highly aligned forests, by forest spinning method, with five layers of CNTs film. Preliminary tensile tests and the morphological characteristics observations of the yarns were carried out to determine the ideal number of torsions. Specimens were manufactured with 2000 torsions per meter and had their tensile strength and morphological characteristics analyzed, as well as industrial produced CNT yarns. Scanning microscopy images showed that the yarns maintained their torsion after tensile tests. The manufactured yarns presented 317 ± 56 MPa of breaking strength, while the industrial ones presented 850 ± 71 MPa. Then, the industrial yarn was creep tested at one load level (70%) and the manufactured yarns, made with multiple layers, were tested with three different loads, based on the percentage of the Yarn Breaking Load (YBL) obtained in the tensile tests: 50%, 70% and 80% of the YBL. The industrial yarn had a creep life of 0.1 hour, while the manufactured yarn resisted for 254 hours. At lower loads, the multilayer yarns appear to have three creep cycles, appearing partial breakage followed by yarn regeneration. The yarns were also tested on fatigue, after defining the test parameters empirically. The yarns were tested in tension-tension fatigue. The industrial yarn was tested between 20 and 80% of the YBL and the multilayer yarn between 20 and 70% of the YBL. industrial yarn resisted for 27999 cycles and multilayer yarn had its test interrupted at 106 cycles. After the fatigue cycling, the multilayer yarn was taken to rupture, presenting a breaking strength higher than that presented in the test before the fatigue cycles. |
Keywords: | NTC Caracterização Comportamento mecânico Teste de tração Fio CNT Characterization Mechanical behavior Tensile test Yarn |
metadata.dc.subject.cnpq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA |
metadata.dc.language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Pelotas |
metadata.dc.publisher.initials: | UFPel |
metadata.dc.publisher.department: | Centro de Desenvolvimento Tecnológico |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais |
Citation: | CLAIN, Fernanda Mazuco. Desenvolvimento de Multifilamentos de Nanotubos de Carbono e Avaliação de seu Comportamento em Condições de Fluência e Fadiga. 2022. 154 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. Centro de Desenvolvimento Tecnológico. Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2022. |
metadata.dc.rights: | OpenAccess |
URI: | http://guaiaca.ufpel.edu.br:8080/handle/prefix/9121 |
Issue Date: | 6-Dec-2022 |
Appears in Collections: | PPGCEM: Dissertações e Teses |
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