Compósitos de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) reciclado reforçados com tecidos de fibras vegetais e tecidos de fibras de carbono reciclados

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Hosokawa, Meire Noriko
Orientador(a): Paiva , Jane Maria Faulstich de lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Sorocaba
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-So
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/22799
Resumo: Over the years, increasing technological advances have raised concerns about the quantity and proper management of waste generated in different industry sectors. Polymers such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and carbon fibers are materials widely used in various electronics, automotive, and aeronautics sectors. These materials can also be recycled and reused in the manufacture of new products, promoting the circular economy. Natural fibers, such as jute fibers, belong to a class of materials used as an alternative to replace synthetic fibers and can be combined with recycled polymers such as ABS. In this context, this work aimed to develop hybrid composites using recycled ABS as the matrix and fabrics containing plant fibers and recycled carbon fiber fabrics as the dispersed reinforcing phase. Firstly, a study was carried out on the tensile properties of three types of bidirectional natural fiber fabrics: a jute fiber fabric (single weave, 365 g.cm-2) (T1), a jute fiber fabric (double weave, 445 g.cm-2) (T2) and a jute and cotton fiber fabric (single weave, 360 g.cm-2) (T3). To obtain the recycled carbon fiber fabrics, prepregs containing polymerized epoxy resin were used, which were subjected to heat treatments at different temperatures (450°C, 500°C and 600°C) to establish the best condition to degrade the epoxy resin and recover fabrics with properties suitable for use. The composites were molded using the hot compression method. They were evaluated by mechanical tests (tensile, flexural, and impact), thermogravimetry, water absorption, Fourier transform infrared absorption spectroscopy and scanning electron microscopy. The results showed that T2 and T3 fabrics presented higher tensile strength values and when used as reinforcement in composites, promoted an increase of 21% in tensile strength, 78% in modulus of elasticity, and 19% in flexural strength compared to recycled ABS. Regarding carbon fiber fabrics, the best condition for their recovery was treatment at 500°C for 2 hours, obtaining fibers free of epoxy resin and without apparent degradation. When used as a reinforcement phase, carbon fiber fabrics promoted an increase of 13% in flexural strength and 20% in tensile strength of the composites compared to recycled ABS. Hybridization promoted an increase of up to 16% in flexural strength, 6% in tensile strength, and 43% in impact strength of hybrid composites compared to recycled ABS. Therefore, reusing this type of prepreg containing carbon fibers from industrial waste is a viable alternative to recover high-value materials and reinsert them into the production chain, developing more sustainable products.
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Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22799.https://hdl.handle.net/20.500.14289/22799Over the years, increasing technological advances have raised concerns about the quantity and proper management of waste generated in different industry sectors. Polymers such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and carbon fibers are materials widely used in various electronics, automotive, and aeronautics sectors. These materials can also be recycled and reused in the manufacture of new products, promoting the circular economy. Natural fibers, such as jute fibers, belong to a class of materials used as an alternative to replace synthetic fibers and can be combined with recycled polymers such as ABS. In this context, this work aimed to develop hybrid composites using recycled ABS as the matrix and fabrics containing plant fibers and recycled carbon fiber fabrics as the dispersed reinforcing phase. Firstly, a study was carried out on the tensile properties of three types of bidirectional natural fiber fabrics: a jute fiber fabric (single weave, 365 g.cm-2) (T1), a jute fiber fabric (double weave, 445 g.cm-2) (T2) and a jute and cotton fiber fabric (single weave, 360 g.cm-2) (T3). To obtain the recycled carbon fiber fabrics, prepregs containing polymerized epoxy resin were used, which were subjected to heat treatments at different temperatures (450°C, 500°C and 600°C) to establish the best condition to degrade the epoxy resin and recover fabrics with properties suitable for use. The composites were molded using the hot compression method. They were evaluated by mechanical tests (tensile, flexural, and impact), thermogravimetry, water absorption, Fourier transform infrared absorption spectroscopy and scanning electron microscopy. The results showed that T2 and T3 fabrics presented higher tensile strength values and when used as reinforcement in composites, promoted an increase of 21% in tensile strength, 78% in modulus of elasticity, and 19% in flexural strength compared to recycled ABS. Regarding carbon fiber fabrics, the best condition for their recovery was treatment at 500°C for 2 hours, obtaining fibers free of epoxy resin and without apparent degradation. When used as a reinforcement phase, carbon fiber fabrics promoted an increase of 13% in flexural strength and 20% in tensile strength of the composites compared to recycled ABS. Hybridization promoted an increase of up to 16% in flexural strength, 6% in tensile strength, and 43% in impact strength of hybrid composites compared to recycled ABS. Therefore, reusing this type of prepreg containing carbon fibers from industrial waste is a viable alternative to recover high-value materials and reinsert them into the production chain, developing more sustainable products.Ao longo dos anos, os crescentes avanços na tecnologia têm aumentado a preocupação em relação à quantidade e ao gerenciamento adequado de resíduos gerados em diferentes setores da indústria. Polímeros como o acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) e as fibras de carbono são exemplos de materiais muito utilizados em diversos setores das indústrias de eletroeletrônicos, automotiva e aeronáutica. Esses materiais apresentam também a possibilidade de serem reciclados e reutilizados na fabricação de novos produtos promovendo a economia circular. As fibras vegetais como, por exemplo, as fibras de juta, pertencem à uma classe de materiais que vem sendo utilizada como alternativa para substituir as fibras sintéticas e podem ser combinadas com polímeros reciclados como o ABS. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver compósitos híbridos utilizando ABS reciclado como matriz e tecidos contendo fibras vegetais e tecidos de fibras de carbono reciclados como fase dispersa de reforço. Primeiramente, foi realizado um estudo das propriedades de tração de três tipos de tecidos bidirecionais de fibras vegetais: um tecido de fibras de juta (trama simples, 365g.cm-2) (T1), um tecido de fibras de juta (trama dupla, 445 g.cm-2) (T2) e um tecido de fibras de juta e algodão (trama simples, 360 g.cm-2) (T3). Para obter os tecidos de fibras de carbono reciclados foram utilizados pré-impregnados contendo resina epóxi polimerizada, que foram submetidos à tratamentos térmicos em diferentes temperaturas (450°C, 500°C e 600°C) para estabelecer a melhor condição para degradar a resina epóxi e recuperar tecidos com propriedades adequadas para serem utilizados. Os compósitos foram moldados pelo método de compressão a quente e foram avaliados por ensaios mecânicos (tração, flexão e impacto), termogravimetria, absorção de água, espectroscopia de absorção na região do infravermelho com transformada de Fourier e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados demonstraram que os tecidos T2 e T3 apresentaram maiores valores de resistência à tração e, quando utilizados como reforço em compósitos promoveram acréscimos de cerca de 21% na resistência à tração, 78% no módulo de elasticidade e 19% na resistência à flexão em comparação com o ABS reciclado. Em relação aos tecidos de fibras de carbono a melhor condição para a sua recuperação foi o tratamento a 500°C por 2 horas, obtendo fibras livres de resina epóxi e sem degradações aparentes. Quando utilizadas como fase de reforço, os tecidos de fibras de carbono promoveram aumento de 13% na resistência à flexão e 20% na resistência à tração dos compósitos em relação ao ABS reciclado. A hibridização promoveu aumento de até 16% na resistência à flexão, 6% na resistência à tração e 43% na resistência ao impacto dos compósitos híbridos em comparação com o ABS reciclado. Portanto, a reutilização deste tipo de pré-impregnado contendo fibras de carbono, proveniente de resíduos industriais, é uma alternativa viável para recuperar materiais de alto valor agregado e reinseri-los na cadeia produtiva, desenvolvendo produtos mais sustentáveis.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88882.427093/2019-01porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaPrograma de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais - PPGCM-SoUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessABS RecicladoFibras de JutaReciclagemPropriedadesRecycled ABSRecycled Carbon FibersJute FibersRecyclingPropertiesCIENCIAS EXATAS E DA TERRA3. Saúde e Bem-Estar7. Energia limpa e acessível8. Trabalho Decente e Crescimento Econômico9. Indústria, Inovação e Infraestrutura11. Cidades e Comunidades Sustentáveis12. Consumo e Produção Responsáveis17. Parcerias e Meios de ImplementaçãoCompósitos de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) reciclado reforçados com tecidos de fibras vegetais e tecidos de fibras de carbono recicladosRecycled acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) composites reinforced with vegetal fiber fabrics and recycled carbon fiber fabricsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Defesa_Meire_Hosokawa_versao_final.pdfTese_Defesa_Meire_Hosokawa_versao_final.pdfapplication/pdf4205126https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/886997a5-5834-4496-8152-b2c78ff6778c/download9a868101951cd9dcc0c3a0107c7142d8MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4a6327a9-8620-4225-af53-01434da92014/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADTEXTTese_Defesa_Meire_Hosokawa_versao_final.pdf.txtTese_Defesa_Meire_Hosokawa_versao_final.pdf.txtExtracted texttext/plain102432https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a4fae731-6db2-407c-bd2b-4a80e2dfb23c/downloadf2c4cc017a8bd31e671b5d7f46ce09ceMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILTese_Defesa_Meire_Hosokawa_versao_final.pdf.jpgTese_Defesa_Meire_Hosokawa_versao_final.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4056https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d91451fc-282b-40ec-8dde-686c34d93879/download37f09ff679d719a72e2b43f0dc9215d2MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/227992025-09-20T03:01:12.512592Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22799https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-09-20T03:01:12Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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Hosokawa, Meire Noriko
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