Características de inflamabilidade de materiais poliméricos com aplicação no setor aeroespacial

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Marcos Jorge Alves Gemaque
• Orientador(a): Fernando de Souza Costa
• Banca de defesa: Wladimyr Mattos da Costa Dourado, Marcio Teixeira de Mendonça, Cristiane Aparecida Martins, Rita de Cássia Lazzarini Dutra
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Propulsão e Combustão
• País: BR
• Resumo em Inglês: This work analyses the flammability characteristics of some polymeric materials used in the aerospace sector: high density polyethylene; paraffin and paraffin mixtures with black dye, carbon black and carbon nanofibers; and materials for thermal protection based on hydroxyl-terminated-polybutadiene. Heat release rates were determined, as well as mass evolution and mass consumption rates, heats of combustion, temperatures and molar fractions of \textit {CO$_{2}$}, \textit{CO}, \textit{NO$_{x}$} and \textit{UHC} emitted by square samples (100mm$^{x}$ 100mm$^{x}$ 10mm), burned in a cone calorimeter under heating powers of 1500\textit{W} and 2100\textit{W}, with and without external ignition. The cone calorimeter was built based on the ASTM E 1354-03 standard which describes a method for measurement of heat release rate and smoke release as function of oxygen consumption of a sample burned under a prescribed heat flux. Paraffin and mixtures of paraffin and additives were compared to high density polyethylene aiming applications in hybrid propulsion. It was verified that paraffin mixed with carbon black and carbon nanofibers presents the highest peaks of heat release rate and mass consumption rate. Despite paraffin presents lower peaks of heat release rate and mass consumption rate than paraffin with additives, they were higher than the peaks yielded by high density polyethylene. It was verified that the total heat release of a burned sample is independent of external heat input. \textit{UHC} formation was more significant for the lower heat input. \textit{NO$_{x}$} emissions were higher for paraffins with additives containing nitrogen. Materials for thermal protection were analysed aiming applications in the VLS and other Brazilian rockets. It was verified that heat release rate peaks and mass consumption rate peaks were higher for \textit{LHNA 02/SC}, followed by \textit{LHNA 02}, \textit{PTDT/S-AM and PTDT}. Differences of \textit{NO$_{x}$} and \textit{UHC} emissions for power inputs of 1500 \textit{W} and 2100 \textit{W} were not significant, but \textit{UHC} emissions were about five times larger than \textit{NO$_{x}$} emissions, for the same input power.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/01.17.13.59

Neste trabalho foram analisadas as características de inflamabilidade de alguns materiais poliméricos aplicados no setor aeroespacial: o polietileno de alta densidade, a parafina e seus compostos com corante preto, negro de fumo e nanofibra de carbono e materiais de proteções térmicas para motores-foguete, à base de polibutadieno hidroxilado. Foram determinadas as taxas de liberação de calor, a evolução e a taxa de consumo de massa, o calor de combustão, as temperaturas e as frações molares de \textit{CO$_{2}$, CO, NO$_{x}$ e UHC} emitidos por amostras de seção quadrada (100\textit{mm$^{x}$}100\textit{mm$^{x}$}10\textit{mm}) testadas em um calorímetro cônico, sob potências de aquecimento de 1500 \textit{W} e 2100 \textit{W}, com e sem ignição externa. O calorímetro cônico foi construído com base na norma ASTM E 1354-03 que descreve um método padrão de medida das taxas de liberação de calor e da fumaça liberada, em função do consumo de oxigênio, com fluxos de calor incidente pré-definidos sobre a amostra. A parafina e seus compostos foram comparados com o polietileno de alta densidade visando aplicações em propulsão híbrida. Verificou-se que a parafina aditivada com negro de fumo e com nanofibra de carbono apresenta os maiores picos da taxa de liberação de calor e da taxa de consumo de massa. Embora a parafina tenha apresentado picos menores que os seus compostos com aditivos, ainda assim foram maiores que o do polietileno de alta densidade. Verificou-se a independência do calor total liberado com as potências de aquecimento. A formação de \textit{UHC} foi mais significativa para a potência de aquecimento menor. As emissões de \textit{NO$_{x}$} foram maiores para parafinas com aditivos contendo nitrogênio. As proteções térmicas foram analisadas tendo em vista aplicações no VLS e em outros foguetes brasileiros. Verificou-se que os picos da taxa de liberação de calor e da taxa de consumo de massa foram maiores para o material \textit{LHNA 02/SC}, seguido dos materiais \textit{LHNA 02, PTDT/S-AM} e \textit{PTDT}. A diferença das formações de \textit{NO$_{x}$} e de \textit{UHC} para potências de 1500 \textit{W} e 2100 \textit{W} foram pouco significativas, mas a formação do \textit{UHC} para uma mesma potência foi 5 vezes aproximadamente maior que o \textit{NO$_{x}$}.