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Title: Compósitos de matriz polimérica com reforço em ligas com memória de forma: uma solução híbrida auto-regenerativa
Author: Mimoso, Emanuel Silva
Advisor: Moreira, Rui António da Silva
Correia, Mónica Sandra Abrantes de Oliveira
Keywords: Engenharia mecânica
Compósitos poliméricos
Poliuretanos
Efeito de memória de forma
Defense Date: 2-Jan-2017
Publisher: Universidade de Aveiro
Abstract: No presente trabalho pretende-se estudar e caraterizar as propriedades de um compósito híbrido de matriz polimérica com reforço em ligas metálicas com memória de forma. Para tal, foi necessária a criação do compósito híbrido para, posteriormente, efetuar ensaios de solicitação mecânica auxiliados com termografia, e ensaios de flexão para avaliar a rigidez do material nas suas diferentes fases (compósito híbrido ativo e não ativo). Inicialmente, procedeu-se a ensaios de solicitação mecânica auxiliados por termografia em diferentes materiais poliméricos a fim de determinar o gradiente térmico gerado quando solicitados mecanicamente. Os resultados obtidos indicam que o poliuretano termoplástico (TPU) é o material polimérico mais adequado para o compósito híbrido. Em seguida, foi realizada a programação do nitinol em forma de mola através de um ciclo térmico. De forma a avaliar a existência de efeito de memória de forma, submeteu-se o nitinol programado a um aquecimento por intermédio de uma câmara climática, por efeito de Joule e a uma análise de calorimetria diferencial de varrimento (DSC). Através destes testes, foi possível comprovar a existência de memória de forma e determinar os intervalos de temperaturas de transição de fase. Uma vez concluída a produção do compósito híbrido - por injeção com recurso a um molde criado para o efeito - procedeu-se a ensaios de solicitação mecânica cíclica sobre os provetes de compósito híbrido. Porém, estes testes não foram conclusivos, uma vez que, devido à rutura dos provetes quando solicitados ciclicamente, não foi possível observar o efeito de memória de forma através da alteração de rigidez do provete. Como alternativa, realizaramse testes de ativação por efeito de Joule e ensaios de flexão. Perante os resultados obtidos pela ativação do compósito híbrido por efeito de Joule conclui-se, que a matriz polimérica restringe o movimento do nitinol quando este é ativado, impedindo que regresse à sua forma pré-programada. Por sua vez, os ensaios de flexão demonstram, na incorporação de nitinol na matriz polimérica, um aumento do módulo de Young. Contudo, quando ativado existe um decréscimo do módulo de Young no compósito híbrido. Este facto deve-se à redução de rigidez da matriz polimérica com o aumento da temperatura necessária para a ativação do nitinol.
Polymer composites reinforced with shape memory alloys are to be developed and characterized. To accomplish the latter, during the present thesis, thermography was used to quantify the energy release during active service of certain polymeric matrix materials in order to assist the selection of both polymer and shape memory alloy. From the results obtained, thermoplastic polyurethane (TPU) was selected as the most promissing polymer to be reinforced by the nitinol. Once the suitability of the matrix and reinforcement materials was established, the hybrid composite (TPU+nitinol) could be produced by assembling a pre-programmed spring nitinol on an injection molding tool, designed to accommodate the reinforcement. The polymer matrix was then injected on the system and the hybrid composites were obtained. The hybrid composites were then subjected to mechanical testing but the results obtained were not conclusive, since the pre-programmed shape memory alloy (SMA) was not activated. Bending tests coupled with Joule0s effect were sought to enable the SMA activation and the results obtained show an increase of stiffness of the hybrid composite with the nitinol incorporation, as it would be expected. Nevertheless, Young0s modulus decreases when activation occurs. The latter, is somehow consistent with the typical reduction of stiffness observed in polymeric matrices due to temperature rise, here induced by the nitinol activation.
Description: Mestrado em Engenharia Mecânica
URI: http://hdl.handle.net/10773/22248
Appears in Collections:DEM - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado

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