Integração entre a caracterização experimental e a simulação computacional de nanocompósitos de polipropileno / grafeno para aplicações automotivas

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Hossoya, Eder Massaharu
Orientador(a): Fechine, Guilhermino José Macêdo
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
eng
Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
compósito de polipropileno
grafeno
nanocompósitos
moldflow
Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/41485
Resumo: A crescente demanda da indústria automotiva por materiais mais eficientes e sustentáveis tem impulsionado o desenvolvimento de novos compósitos poliméricos reforçados com nanomateriais, como o grafeno. Este trabalho investiga a obtenção e caracterização de nanocompósitos à base de polipropileno (PP) e grafeno, visando aplicações na indústria automotiva auxiliadas por métodos computacionais. Os nanocompósitos foram produzidos via extrusão no estado fundido, utilizando teores de 0,01%, 0,05% e 0,1% em massa de grafeno, seguido de moldagem por injeção. As propriedades dos materiais foram avaliadas por meio de diversas técnicas de caracterização, abrangendo aspectos mecânicos, térmicos e reológicos. Foram realizados ensaios de tração para determinar o módulo de elasticidade, resistência à tração e deformação na ruptura. Além disso, foram avaliados o índice de fluidez, calor específico, diagrama pressão-volume-temperatura (PVT), condutividade térmica e viscosidade. Essas análises permitiram comprarar as caracterização do polipropileno puro e nancompósito polipropileno / grageno e gerar um banco de dados utilizado no software Autodesk Moldflow para simular o processo de injeção. Os resultados demonstraram que a incorporação de grafeno ao PP resulta em melhorias significativas nas propriedades mecânicas, como rigidez e resistência à tração, além a estabilidade dimensional do produto, sem prejudicar o processo de injeção. O grafeno atuou como agente nucleante, promovendo uma cristalização mais eficiente e melhorando as propriedades estruturais do compósito. Este estudo valida o potencial dos nanocompósitos de PP/grafeno para aplicações industriais, destacando a possibilidade de reduzir o peso das peças, melhorar a eficiência mecânica e atender às exigências da indústria automotiva.
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Além disso, foram avaliados o índice de fluidez, calor específico, diagrama pressão-volume-temperatura (PVT), condutividade térmica e viscosidade. Essas análises permitiram comprarar as caracterização do polipropileno puro e nancompósito polipropileno / grageno e gerar um banco de dados utilizado no software Autodesk Moldflow para simular o processo de injeção. Os resultados demonstraram que a incorporação de grafeno ao PP resulta em melhorias significativas nas propriedades mecânicas, como rigidez e resistência à tração, além a estabilidade dimensional do produto, sem prejudicar o processo de injeção. O grafeno atuou como agente nucleante, promovendo uma cristalização mais eficiente e melhorando as propriedades estruturais do compósito. Este estudo valida o potencial dos nanocompósitos de PP/grafeno para aplicações industriais, destacando a possibilidade de reduzir o peso das peças, melhorar a eficiência mecânica e atender às exigências da indústria automotiva.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de NívelporengUniversidade Presbiteriana Mackenziecompósito de polipropilenografenonanocompósitosmoldflowIntegração entre a caracterização experimental e a simulação computacional de nanocompósitos de polipropileno / grafeno para aplicações automotivasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Digital do Mackenzieinstname:Universidade Presbiteriana Mackenzie (MACKENZIE)instacron:MACKENZIEinfo:eu-repo/semantics/openAccesshttp://lattes.cnpq.br/8109533360196619https://orcid.org/0000-0002-5520-8488http://lattes.cnpq.br/6057190673069524Andrade, Ricardo Jorge Espanholhttp://lattes.cnpq.br/2704277390841473https://orcid.org/0000-0002-6902-8269Lucas, Alessandra de Almeidahttp://lattes.cnpq.br/9754332336954137https://orcid.org/0000-0002-4762-6030The growing demand from the automotive industry for more efficient and sustainable ma terials has driven the development of new polymer composites reinforced with nanoma terials, such as graphene. This study investigates the production and characterization of polypropylene (PP)/graphene-based nanocomposites, targeting automotive applications supported by computational methods. The nanocomposites were produced via melt extru sion using graphene contents of 0.01%, 0.05%, and 0.1% by weight, followed by injection molding.The material properties were evaluated through various characterization techni ques, covering mechanical, thermal, and rheological aspects. Tensile tests were conducted to determine the elastic modulus, tensile strength, and elongation at break. Additionally, the melt flow index, specific heat, pressure-volume-temperature (PVT) diagram, ther mal conductivity, and viscosity were analyzed. These analyses enabled the comparison between the characterization of neat polypropylene and the polypropylene/graphene na nocomposite, as well as the creation of a material database used in the Autodesk Moldflow software to simulate the injection molding process.The results showed that incorporating graphene into PP led to significant improvements in mechanical properties, such as stiff ness and tensile strength, in addition to enhanced dimensional stability of the molded parts, without compromising the injection process. Graphene also acted as a nucleating agent, promoting more efficient crystallization and improving the composite’s structu ral properties. This study validates the potential of PP/graphene nanocomposites for industrial applications, highlighting the possibility of reducing part weight, improving mechanical performance, and meeting the demands of the automotive industry.polypropylene compositegraphenenanocompositesmoldflowBrasilEscola de Engenharia Mackenzie (EE)UPMEngenharia de Materiais e NanotecnologiaENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAORIGINALEDER MASSAHARU HOSSOYA - protegido.pdfEDER MASSAHARU HOSSOYA - protegido.pdfapplication/pdf7256340https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/aa076064-58da-4ed8-8a09-3722b0a63438/download861af6817073f3404a4b17995595c59dMD51trueAnonymousREADLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82207https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/7729807c-9c75-4e1a-974b-ee197c323ba6/downloada092685f5fe02015fe6064807ee8feefMD52falseAnonymousREADTEXTEDER MASSAHARU HOSSOYA - protegido.pdf.txtEDER MASSAHARU HOSSOYA - protegido.pdf.txtExtracted texttext/plain103603https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/21d12b18-892c-4bf5-90af-90a3ae596526/downloadef1a54086ca207734f038f78d2bc0634MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILEDER MASSAHARU HOSSOYA - protegido.pdf.jpgEDER MASSAHARU HOSSOYA - protegido.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3657https://dspace.mackenzie.br/bitstreams/0cf26a71-5944-468f-8445-dc71ca1c6ace/download75ee504aedd4a9db678c2fa3f98fd090MD54falseAnonymousREAD10899/414852025-10-17T06:02:03.762764Zopen.accessoai:dspace.mackenzie.br:10899/41485https://dspace.mackenzie.brBiblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede.mackenzie.br/jspui/PRIhttps://adelpha-api.mackenzie.br/server/oai/repositorio@mackenzie.br||paola.damato@mackenzie.bropendoar:102772025-10-17T06:02:03Repositório Digital do Mackenzie - Universidade Presbiteriana Mackenzie (MACKENZIE)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