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End-of-life (EOL) tires currently present widespread use in the civil engineering field. They have shown high potential in railway applications due to their excellent damping properties. This research involves the development and laboratory-scale validation of a new elastomeric material manufactured by mixing recycled EOL shredded tires and polyurethane resin. The aim of this research is to apply this elastomer in indirect rail fastenings for slab track systems composed of prefabricated concrete blocks embedded in in-situ concrete slabs, commonly used in subway tracks. After characterizing several different mixtures and identifying optimal proportions, four prototypes were tested in an external laboratory in order to validate their mechanical behavior. The test results verified the excellent performance of this elastomer under the specifications of different European Standards and showed its suitability under real conditions in railway tracks. © 2021, The Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering.

Producción Científica, The impact resistance of injection-molded polypropylene (PP) parts is severely reduced when they are foamed. It is necessary to implement strategies, such as elastomer toughening, to increase the impact behavior of foamed parts. However, the knowledge on the effect of elastomer addition on the morphology, cellular structure, and impact of injection-molded cellular parts is very limited. In this work, foamed parts based on blends of PP and polyolefin elastomers have been produced and characterized. A high and a low viscosity octene-ethylene copolymer (EOC) and a high viscosity butene-ethylene copolymer (EBC) were employed. The blends have been thermally and rheological characterized. Solids materials and foams (relative density 0.76) were injection-molded. The solid phase and cellular structure morphologies were studied using scanning electron microscopy. The results showed that elastomer toughening has been successful to obtain an improvement of the impact behavior in solid and cellular polymers. In this case, EOC materials provide an appropriate interfacial adhesion and optimized cellular structure which results in high impact resistance. The optimum elastomer to improve the properties is the EOC with a higher viscosity which provides impact resistance with n values below 3 due to the toughening of polymer matrix, thick skin thickness, and low cell size., Junta de Castilla y León (grant VA275P18), Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (project RTI2018-098749-B-I00)

Doctoral Thesis in Science and Engineering of Polymers and Composites, In the recent years, the Portuguese Footwear industry seeks to affirm itself in a global competitive market, with high technical and innovative solutions able to offer high quality products. The Safety footwear market deserves special attention since the manufactured products are used to protect worker’s feet from potential hazards. The toe cap is one of the key components in safety shoes and one of the main contributors to the overall weight since most safety shoes are built with steel toe caps due to their high mechanical performance. Efforts have been made to replace these toe caps by non-metallic solutions, because they are lighter, provide better thermal and electrical insolation, and are insensitive to magnetic fields. However, most of these toe caps require higher volume concept to achieve a comparable performance to their metallic counterparts, causing aesthetic and design problems. This thesis aimed to foster new solutions based on the enhancement of polycarbonate (PC) mechanical properties and to establish a numerical methodology based on the OpenFOAM®. To this end, PC blends and PC (nano)composites were prepared by melt blending, with ABS, ABS-g-MA, SEBS-g-MA, COPE, nanoclay and natural fibers, and characterized in terms of morphology, topology, structure, tensile and impact behavior of each system. The results demonstrate that ductile to brittle transition mode is highly dependent on the polymeric system and that PC suffers extensive thermo-oxidative degradation during processing, which can be delayed by blending with the elastomeric materials. SEBS-g-MA and COPE can improve toughness, while nanoclay and natural fiber slightly increases the elastic modulus, and ABS and ABS-g-MA only show a marginal increase on both. For the numerical studies, a commercially available toe cap was characterized, and the corresponding tensile behavior was obtained to feed the numerical simulations. A toolbox developed within the OpenFOAM® for solid mechanics and fluid-solid interaction was used to simulate the EN 12568 tests (15 kN of compression force and 200 J of impact) required for safety footwear product approval, showing excellent agreement with the experimental data, with a maximum error of 6.8%., Nos últimos anos, a indústria Portuguesa do Calçado tenta afirmar-se num mercado global muito competitivo apresentando soluções inovadoras e de elevada qualidade. A área do calçado de segurança merece especial atenção devido à sua importância na fabricação de produtos de proteção para os pés dos trabalhadores. A biqueira é um dos componentes mais importantes nesta tipologia de calçado, sendo um dos maiores contribuidores para o peso, uma vez as biqueiras de aço são as mais utilizadas devido à sua elevada resistência mecânica. Vários esforços têm sido direcionados na sua substituição por materiais não-metálicos, porque são mais leves, são térmica e eletricamente isolantes, e não apresentam resposta magnética. Por outro lado, esta alternativa cria problemas estéticos e de design uma vez que requer uma maior espessura maior para obter a resistência comparável à das biqueiras metálicas. Esta tese teve como objetivo apresentar novas soluções que impulsionem o desenvolvimento de novas biqueiras não-metálicas, através de um estudo sobre a manipulação das propriedades do policarbonato (PC) e do desenvolvendo de uma metodologia numérica baseada em OpenFOAM® que permita ajudar na conceção de novos designs. Desta forma, misturas de PC e (nano)compósitos de PC foram preparados por mistura no fundido, com ABS, ABS-g-MA, SEBS-g-MA, COPE, nanoargila e fibras naturais, e procedeuse à caracterização da sua morfologia, topologia, estrutura e comportamento à tração e ao impacto. Os resultados mostraram que o modo de transição dúctil-frágil é dependente do sistema polimérico, e que o PC sofre extensa degradação termo-oxidativa durante o seu processamento, que pode ser amenizado com materiais elastoméricos. O SEBS-g-MA e o COPE promoveram tenacidade, a nanoargila e as fibras naturais aumentaram o módulo de elasticidade, e o ABS e o ABS-g-MA tiveram um impacto ligeiro em ambas as propriedades. Relativamente aos estudos numéricos, uma biqueira comercial foi caracterizada e a respetiva curva tensão-deformação do material foi usada para alimentar as simulações numéricas. A ferramenta numérica baseada em OpenFOAM® para mecânica de sólidos e interação de sólidos-fluidos foi utilizada para simular os ensaios da norma EN 12568 (15 kN de força de compressão e 200 J de energia de impacto) que são requeridos na validação de biqueiras para calçado de segurança, mostrando uma excelente concordância com os dados experimentais com um máximo de erro de 6.8%., Projeto IMPULSE - Polímeros e Compósitos: Drivers da inovação tecnológica e da competitividade industrial (NORTE-08-5369--FSE-000034), cofinanciado pelo Programa Operacional Regional do NORTE (NORTE 2020) através do Portugal 2020 e do Fundo Social Europeu (FSE), pela atribuição da bolsa de doutoramento que permitiu iniciar este projeto.

Forças aplicadas no corpo humano são essenciais para o crescimento tecidual, a postura e a locomoção. Entretanto, na postura sentada, altos níveis de pressão por tempo prolongado podem ocasionar graves danos à pele e aos tecidos subjacentes, podendo levar o indivíduo à morte devido às complicações decorrentes das úlceras de pressão. Pessoas com deficiência que apresentam impossibilidade, temporária ou definitiva, de deslocar-se, adotam a postura sentada em sua cadeira de rodas. Cadeirantes que apresentam diminuição ou perda de funções sensitivas estão mais predispostos a serem acometidos por úlceras por não perceberem os incômodos dos altos níveis de pressão na posição sentada. A engenharia biomecânica tem estudado novas tecnologias em ergômetros e em equipamentos de monitoramento da pressão no assento da cadeira de rodas, com diferentes sensores de medição da pressão, considerando o custo e a constituição do equipamento. Diante disso, foi desenvolvido um novo dispositivo óptico de baixo custo e constituição simples para monitoramento da pressão, utilizando o processamento de imagens da intensidade luminosa gerada pela deformação de semiesferas de elastômeros contra uma superfície transparente rígida iluminada lateralmente sem o uso de líquidos sensores. Foi projetado e desenvolvido um programa de aquisição e processamento, de calibração, de análise das imagens e um módulo de sensores elásticos adaptado ao assento de um ergômetro para cadeirantes. Para entender o funcionamento do dispositivo e avaliar o projeto do novo sistema de monitoramento da pressão foi realizado uma modelagem numérica por elementos finitos, uma análise experimental, uma estimativa da pressão por meio de modelo analítico e um experimento que visa avaliar o efeito do apoio do pé na distribuição da pressão no assento em repouso e com propulsão manual. Por meio, do novo dispositivo de pressão no assento de ergômetro ajustável, foi desenvolvido um novo método de monitoramento da pressão no assento de ergômetro para cadeirantes utilizando um princípio óptico de captação da imagem processada da deformação de semiesferas de elastômeros utilizando aplicativos em ambiente LabVIEW. O dispositivo possibilitou a aquisição, a análise e o monitoramento da imagem do mapeamento dos níveis de pressão no assento de lesados medulares que realizam propulsão manual. Os resultados dos experimentos demonstraram que a elevação do apoio do pé aumenta significativamente (p

Os materiais de impressão são utilizados na confecção de modelos em diferentes áreas da odontologia, com ênfase na reabilitação oral com próteses fixas e removíveis ou dentaduras. O objetivo foi comparar a estabilidade dimensional de impressões baseadas em elastômeros de polivinilsiloxano (Express) e poliéter (Impregum Soft) realizadas 2 anos após sua data de validade com impressões que não ultrapassaram esse período. As impressões foram realizadas sobre matriz com moldeira metálica; eles foram removidos após a polimerização e divididos em 4 grupos (n = 5). A estabilidade dimensional foi avaliada por microscopia óptica na linha de 20 µm com comprimento de 25 mm (padrão ISO 4823). Os valores de estabilidade dimensional (%) foram submetidos a ANOVA two-way (material x data de validade) e teste de Tukey (α = 0,05). Com base na análise da data de validade como fator independente (p = 0,017), os valores médios de estabilidade dimensional registrados para a impressão de elastômero 2 anos após a data de expiração (99,89%) foram estatisticamente inferiores aos valores registrados para o não expirado (99,92%) As alterações decorrentes do uso dos elastômeros 2 anos após o seu vencimento não afetam a estabilidade dimensional das próteses decorrentes dessas impressões.

sin ilustraciones Dado el continuo crecimiento del parque automotor a nivel mundial, constantemente se evidencia la problemática asociada a la disposición final de los residuos de neumáticos; que no solo se generan en altos volúmenes, sino que también representan una problemática para su adecuada disposición o aprovechamiento. El objetivo de este artículo de revisión se concentró en identificar las principales técnicas de aprovechamiento para este tipo de residuos a partir de su aporte energético y potencial uso en la industria, haciendo un énfasis particular en la técnica de pirolisis, comparando diferentes tipos de reactores y evaluando los rendimientos energéticos encontrados en la producción de aceite pirolítico; Identificando de esta forma técnicas adicionales con alta importancia actual a nivel internacional que podrían ser implementadas en un país como Colombia. Lo anterior, arrojó que las técnicas de pirolisis de lecho fijo y cama fluidizada son las más estudiadas, las cuales han mostrado resultados entre el 55 % y 60 % de rendimiento con temperaturas óptimas de calentamiento entre 450 °C y 550 °C. También es importante resaltar aquellos parámetros que influyen en el rendimiento final del aceite, el cual dada la información recolectada puede corresponden a: tamaños de partícula pequeños, tiempos de calentamiento cortos (de hasta 5 segundos) y composición de la materia prima ya que, como son productos con mayor porcentaje de caucho natural (con un porcentaje de alrededor del 30 %), esto permite obtener un producto de gran calidad con un poder calorífico de hasta 40MJ/kg el cual es comparable con combustibles como el biodisel, keroseno, fuel oil ligero, entre otros, para ser usado como fuente de energía. Es por todo esto que se encuentra en la pirolisis una estrategia viable de aprovechamiento energético para los residuos de neumáticos Especialización Especialista en Tratamiento, Valoracion y Gestion de Residuos Solidos

Tissue engineering (TE) seeks to fabricate implants that mimic the mechanical strength, structure, and composition of native tissues. Cartilage TE requires the development of functional personalized implants with cartilage-like mechanical properties capable of sustaining high load-bearing environments to integrate into the surrounding tissue of the cartilage defect. In this study, we evaluated the novel 1,4-butanediol thermoplastic polyurethane elastomer (b-TPUe) derivative filament as a 3D bioprinting material with application in cartilage TE. The mechanical behavior of b-TPUe in terms of friction and elasticity were examined and compared with human articular cartilage, PCL, and PLA. Moreover, infrapatellar fat pad-derived human mesenchymal stem cells (MSCs) were bioprinted together with scaffolds. in vitro cytotoxicity, proliferative potential, cell viability, and chondrogenic differentiation were analyzed by Alamar blue assay, SEM, confocal microscopy, and RT-qPCR. Moreover, in vivo biocompatibility and host integration were analyzed. b-TPUe demonstrated a much closer compression and shear behavior to native cartilage than PCL and PLA, as well as closer tribological properties to cartilage. Moreover, b-TPUe bioprinted scaffolds were able to maintain proper proliferative potential, cell viability, and supported MSCs chondrogenesis. Finally, in vivo studies revealed no toxic effects 21 days after scaffolds implantation, extracellular matrix deposition and integration within the surrounding tissue. This is the first study that validates the biocompatibility of b-TPUe for 3D bioprinting. Our findings indicate that this biomaterial can be exploited for the automated biofabrication of artificial tissues with tailorable mechanical properties including the great potential for cartilage TE applications., Consejería de Economía, Innovación, Empresas y Universidad de la Junta de Andalucía SOMM17/6109/UGR, European Union (EU) SOMM17/6109/UGR, Ministerio de Economía, Industria y Competitividad. Gobierno de España MAT 2016-78778-R PCIN-2015-051, Instituto de Salud Carlos III FMM-AP17196-2019

Os aparelhos de apoio são dispositivos que realizam a junção entre as vigas e os pilares em pontes e viadutos. Em seu contexto histórico, novos materiais e tecnologias foram utilizados no processo de fabricação dos aparelhos de apoio para acompanhar a modernização de seu uso nessas estruturas. Os blocos de Neoprene ou aparelhos de apoio elastomérico fretado, compostos por camadas intermediárias de aço e borracha se destacam no setor por sua eficiência, durabilidade e baixo custo. O uso da borracha permite a atenuação de vibrações, a redução de ruído e a acomodação de movimentos de rotação/translação provindos da movimentação de veículos, dilatação, mudança de temperatura, abalos sísmicos, entre outros. As borrachas são materiais elastoméricos que exibem um comportamento elástico altamente não linear, sendo descritas por modelos hiperelásticos desenvolvidos através de uma função energia de deformação. Os modelos hiperelásticos precisam ser calibrados através de respostas de testes experimentais do material quando submetidos a diferentes modos de deformação. Neste trabalho, uma metodologia para a modelagem computacional é proposta através da utilização do Abaqus®, um software comercial para análise em elementos finitos capaz de simular o comportamento de um aparelho de apoio fretado quando submetido a esforços de compressão e cisalhamento. Serão considerados as relações constitutivas de modelos hiperelásticos clássicos (Yeoh, Arruda-Boyce e Ogden), sendo estes calibradas através de testes experimentais realizados no material, os quais foram realizados pelo fabricante dos aparelhos de apoio. Para validação do modelo serão utilizadas respostas de modelos analíticos, assim como respostas obtidas em testes de protótipos de aparelhos. Através desse estudo, busca-se uma melhor compreensão do comportamento de materiais elastoméricos, associando estudos e formulações desenvolvidas nos últimos anos e aplicando-as em modelagens em elementos finitos de forma a obter uma modelagem computacional que possa beneficiar projetos de desenvolvimento dos aparelhos e seu desempenho nas estruturas. Bearing pads are devices that perform the coupling between beams and columns in bridges and viaducts. In its historical context, new materials and technologies were inserted in the manufacturing process of the pads to follow the modernization of their use in these structures. Reinforced Neoprene pads or reinforced elastomeric bearing pads, composed of intermediate layers of steel and rubber, stand out in the sector for its efficiency, durability and low cost. The use of rubber allows the attenuation of vibrations, reduction of noise and accommodation of rotation/translation movements arising from the movement of vehicles, expansion, temperature changes, earthquakes, etc. Rubbers are elastomeric materials that exhibit highly non-linear elastic behavior, being characterized by hyperelastic models developed through a strain energy function. The hyperelastic models need to be properly calibrated through experimental test responses of the material when submitted to different deformation modes. In this work, a methodology for computational modeling is propused using Abaqus®, a finite element method commercial software capable to simulate the behavior of an elastomeric bearing pad when subjected to compression and shearing. The constitutive relations of classic hyperelastic models (Yeoh, Arruda-Boyce and Ogden) are considered, calibrated through material experimental data, which were carried out by the bearing pads manufacture. To validate the model, responses from analytical models are used, as well as responses obtained in tests of bearing pad prototypes. Through this study, a knowledge of the behavior of elastomeric materials is attempted, combining studies and formulations developed over the years and applying them in a finite element software in order to obtain a computational model that can benefit the projects development of the bearing pads and its performance in structures.

Os elásticos representam uma ferramenta importante nos tratamentos ortodônticos e ortopédicos e tem como principal característica a versatilidade em sua aplicação. Para ser eficiente, requer que o profissional realize um adequado planejamento, conhecendo seus efeitos e indicações precisas. Desta forma, o objetivo deste artigo é apresentar uma revisão sobre os tipos e as propriedades dos elásticos usados em Ortodontia, abordando suas vantagens, desvantagens, indicações e limitações quanto ao seu uso. Para a obtenção dos artigos científicos, foram utilizadas Oas bases de dados PubMed, MEDLINE, SciELO, LILACs e Google Acadêmico, além de livros de Ortodontia que abordassem o tema. Foram empregadas as palavras-chaves consultadas nos Descritores em Ciências da Saúde (DECS): Elastômeros, Terapêutica, Ortodontia e os termos equivalentes em inglês, Elastomers, Therapeutics, Orthodontics sendo selecionados artigos, dissertações e teses publicados nos últimos 15 anos (2002-2017), além de artigos clássicos da literatura. Não foram incluídos artigos de relatos de casos clínicos. Os artigos revisados mostraram que os elásticos são capazes de gerar forças leves e contínuas sendo uma ferramenta útil para fechamento de espaços, retração de caninos, correção de más oclusões de Classe II e Classe III, bem como na intercuspidação oclusal na fase de finalização. Existem vários fatores, inerentes ao material, que influenciam as propriedades mecânicas dos elásticos, como a perda de elasticidade, quantidade de força dissipada, composição e qualidade do material. Alguns fatores locais também são capazes de influencias sua ação, entre eles: composição da saliva, variações do pH, pigmentos, dieta alimentar, além de efeitos dos movimentos mandibulares. Com base na revisão da literatura, concluiu-se que, com o avanço tecnológico e desenvolvimento dos materiais dentários, os elásticos utilizados em Ortodontia tiveram suas propriedades avaliadas e melhoradas, de forma a aumentar sua aplicabilidade como auxiliares durante os tratamentos ortodônticos e ortopédicos. Entretanto, o ortodontista deve compreender as propriedades dos elásticos de borracha e sintéticos, bem como suas limitações e riscos, para alcançar resultados clínicos mais satisfatórios.

Elastomers are synthetic rubber materials formed by polymers, which are joined by a small number of cross-links that form a three-dimensional network. The aim of the current study was to compare the surface detail reproduction of polyvinyl siloxane and polyether-based elastomeric impression materials (2 years after their expiration date) to the ones that have not exceeded this period-of-time. Four groups comprising 5 samples, each (n = 5), were divided based on material (polyvinyl siloxane – Express and polyether – Impregum Soft) and expiration date (expired, or not). The manipulated material was placed on a tray in a way to fully cover its inner part. Later on, it was placed on a metal matrix presenting 20-, 50- and 75-μm lines. Molds were removed after polymerization and surface detail reproduction was measured in comparator microscope (Stereozoom Microscope), along the 20 μm line (25 mm in length), at 4x-magnification, in compliance with ISO 4823. Surface detail reproduction values were subjected to descriptive analysis - results were expressed in percentage (%). All groups presented 100% of surface detail reproduction, regardless of impression material or expiration date. Surface detail reproduction of the investigated materials was not influenced by the evaluated elastomers’ expiration date. Los elastómeros son materiales de caucho sintético formados por polímeros, unidos por un pequeño número de enlaces cruzados que forman una red tridimensional. El objetivo del presente estudio fue comparar la reproducción de detalles de la superficie de los materiales de impresión elastoméricos a base de silicona de adición y poliéter (2 años después de la fecha de caducidad) con aquellos que no excedieron su fecha de caducidad. Se dividieron cuatro grupos que constaban de 5 muestras cada uno (n = 5) según el material (silicona de adición – Express y poliéter – Impregum Soft) y el plazo de caducidad (vencida o no). El material manipulado fue colocado en una cubeta de forma a cubrir totalmente la parte interna. Posteriormente, se colocó sobre una matriz metálica con líneas de 20, 50 y 75 μm. Los moldes se retiraron después de la polimerización y la reproducción de detalles de la superficie se midió en un microscopio comparador (Microscópio Stereozoom), a lo largo de la línea 20 μm (25 mm de largo), con aumento 4x, en conformidad con el ISO 4823. Los valores de reproducción de detalle de la superficie fueron sometidos a análisis descriptivo, los valores fueron expresados en porcentajes (%). Todos los grupos mostraron 100% de reproducción de detalle de la superficie, independiente del material de impresión o de la fecha de caducidad. La reproducción de los detalles de superficie de los materiales investigados no se vio influenciada por la fecha de caducidad de los elastómeros evaluados. Elastômeros são materiais de borracha sintética formados por polímeros, unidos por um pequeno número de ligações cruzadas que formam uma rede tridimensional. O objetivo do presente estudo foi comparar a reprodução de detalhes da superfície dos materiais de impressão elastoméricos à base de silicona reação por adição e poliéter (2 anos após vencimento da sua data de validade) com aqueles que não ultrapassaram a validade. Quatro grupos compostos por 5 amostras, cada (n = 5), foram divididos com base no material (silicona reação por adição – Express e poliéter – Impregum Soft) e prazo de validade (vencido ou não). O material manipulado foi colocado em uma moldeira de forma a cobrir totalmente sua parte interna. Posteriormente, foi colocado sobre uma matriz metálica apresentando linhas de 20, 50 e 75 μm. Os moldes foram removidos após a polimerização e a reprodução de detalhes da superfície foi mensurada em um microscópio comparador (Microscópio Stereozoom), ao longo da linha de 20 μm (25 mm de comprimento), com ampliação de 4x, em conformidade com a ISO 4823. Os valores de reprodução de detalhes da superfície foram submetidos a uma análise descritiva - os resultados foram expressos em porcentagem (%). Todos os grupos apresentaram 100% de reprodução de detalhes da superfície, independente do material de impressão ou prazo de validade. A reprodução de detalhes da superfície dos materiais investigados não foi influenciada pela data de validade dos elastômeros avaliados.

Clusia multiflora sawdust (CMS) was evaluated as filler in rubber composites. CMS at 40 phr was mixed with synthetic styrene butadiene rubber (SBR 1502), the blend was compatibilized with 8 phr of maleated polyethylene (MAPE). To evaluate the curing and mechanical behavior of CMS, it was compared with precipitated silica (reinforcing filler); calcium carbonate and kaolin (non-reinforcing minerals). The addition of CMS reduced the mechanical properties of rubber compound compared to silica rubber/silica composite. The tensile and tear strength values for SBR/CMS were similar to SBR/CaCO3 and SBR/kaolin. The addition of MAPE to SBR/CMS composite slightly improved the tensile strength, tear strength, abrasion resistance and hardness. In general, CMS performed as diluent filler which reduced the weight of the composite. CMS slightly affected curing speed of SBR/CMS blends. CMS is a waste generated by the use of Clusia multiflora (a timber species endemic of mountains region of Colombia) in the furniture industry. The novelty of this research consists of evaluating the CMS as an alternative to mineral fillers in rubber compounding to improve its mechanical properties, seeking to contribute to the sustainability and to reduce environmental impacts.

164 p. Los componentes ligeros de vehículos eléctricos se enfrentarán a nuevos requerimientos relacionados con su generación de ruido y vibración debido a que, en ausencia de un motor de combustión interna, el ruido que se genere por su vibración se hará más evidente. Para afrontar estos nuevos desafíos los conceptos de diseño y selección de materiales tradicionales deberán reconsiderarse. En este contexto, los termoplásticos elastómeros vulcanizados (TPVs, por sus siglas en inglés) son materiales interesantes debido a su baja densidad, reciclabilidad, facilidad de procesamiento y flexibilidad de diseño. Esta Tesis se enfoca en el diseño y desarrollo de TPVs de alto rendimiento para aplicaciones de amortiguación de vibraciones estructurales. Para ello, se han desarrollado nuevas formulaciones de TPVs basadas en poliamida 6 (PA6) y caucho de acrilonitrilo butadieno hidrogenado (HNBR) y se ha investigado a fondo la relación existente entre su microestructura y sus propiedades. En primer lugar, se estudió la compatibilización reactiva de las mezclas de PA6/HNBR mediante la adición de HNBR carboxílico (XHNBR). En segundo lugar, se formularon mezclas de PA6/XHNBR vulcanizadas con peróxido que contienen óxidos metálicos y antioxidantes fenólicos como un nuevo concepto para diseñar TPVs de amortiguación de vibraciones de alto rendimiento. Finalmente, se investigó la relación entre la microestructura de los materiales desarrollados y su comportamiento cuasi-estático y dinámico mecánico no lineal. En general, los resultados obtenidos han señalado el potencial de los TPVs carboxílicos como materiales de amortiguación de vibraciones de alto rendimiento. Por un lado, el enfoque explorado, basado en la compatibilización reactiva de las mezclas de PA6/HNBR añadiendo XHNBR, reveló nuevas estrategias para desarrollar mezclas de elastómeros termoplásticos con propiedades térmicas y mecánicas superiores mediante el control de las interacciones interfaciales y la morfología. Además, los resultados obtenidos resaltaron que la generación de reticulaciones iónicas mediante la adición de óxidos metálicos, representa una estrategia muy prometedora para desarrollar TPVs de alto rendimiento con propiedades de amortiguación de vibraciones en un amplio rango de temperaturas. Además, la investigación de la microestructura y el comportamiento mecánico no lineal de los materiales permitió identificar y vincular los procesos de deformación micromecánica con sus correspondientes características microestructurales. Finalmente, se han presentado interpretaciones físicas de los mecanismos de deformación observados con el fin de construir una base de conocimiento para el modelado micromecánico de TPVs. En conclusión, esta Tesis abre nuevas posibilidades para obtener TPVs de alto rendimiento con propiedades térmicas, mecánicas y de amortiguación de vibraciones personalizadas, así como para prever su comportamiento mediante herramientas de modelado micromecánico.

Agradecimentos: This work was financially supported by FAPESP (No. 2016/22934-3), CNPq, CAPES, and CNPEM Abstract: Solid-state cooling based on caloric effects is considered a viable alternative to replace the conventional vapor-compression refrigeration systems. Regarding barocaloric materials, recent results show that elastomers are promising candidates for cooling applications around room-temperature. In the present paper, we report supergiant barocaloric effects observed in acetoxy silicone rubber-a very popular, low-cost and environmentally friendly elastomer. Huge values of adiabatic temperature change and reversible isothermal entropy change were obtained upon moderate applied pressures and relatively low strains. These huge barocaloric changes are associated both to the polymer chain rearrangements induced by confined compression and to the first-order structural transition. The results are comparable to the best barocaloric materials reported so far, opening encouraging prospects for the application of elastomers in near future solid-state cooling devices FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES Fechado

Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Bavastri Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 28/02/2020 Inclui referências: p. 79-84 Resumo: Elastômeros magneto-reológicos (MREs) são materiais compósitos, formados por uma matriz viscoelástica com adição de partículas ferromagnéticas. A principal vantagem dessa adição é a possibilidade de modificar as propriedades dinâmicas do material aplicando um campo magnético. O principal objetivo desta tese é identificar o efeito da frequência, temperatura e campo magnético nas propriedades dinâmicas de um MRE. Para tal, foram construídos dois sistemas de um grau de liberdade (1 GDL), compostos por uma base de alumínio e uma massa de aço, unidas pelo MRE. Em um sistema, o MRE continha 7% de partículas ferromagnéticas (em volume) e foi unido à base e à massa do sistema por meio de um adesivo. No outro sistema, o MRE foi composto com 20% de partículas e o material foi vulcanizado diretamente nos componentes metálicos. Foram realizados testes de transmissibilidade deste sistema, no domínio da frequência, variando o campo magnético e a temperatura aplicados. Utilizando a técnica de problema inverso em um ambiente de otimização, os dados experimentais das curvas de transmissibilidade foram ajustados em um modelo analítico. Dessa forma, foi possível obter os parâmetros do material que melhor descrevem os dados experimentais. A comparação entre curvas experimentais e analíticas validou o modelo matemático com valores médios de coeficiente de determinação de 0,97, para o caso do MRE com 7% de partículas e de 0,98 para o MRE com 20%. As curvas de transmissibilidade experimental também foram analisadas através de um componente de análise de variação (COV), que comparou os efeitos da temperatura e do campo magnético nas características dinâmicas experimentais do sistema. A análise do COV mostrou que, para a faixa de temperatura e os campos magnéticos avaliados, uma variação na temperatura tem um efeito mais relevante nas propriedades dinâmicas do MRE do que uma variação no campo magnético aplicado. Resultados experimentais mostraram que um campo magnético aplicado sobre o MRE aumenta a rigidez do sistema, especialmente em temperaturas mais altas e em frequências mais baixas, isto é, quando o MRE se torna menos rígido. Palavras-chave: Elastômeros magneto-reológicos. Caracterização dinâmica. Curvas de transmissibilidade. Abstract: Magnetorheological elastomers (MREs) are composite materials, formed by a viscoelastic matrix with added ferromagnetic particles. The main advantage of such addition is the possibility of modifying the dynamic properties of the material by applying a magnetic field. This thesis aims to identify the effect of frequency, temperature and magnetic field on the MRE dynamic properties. In order to do so, two single-degree-of-freedom (1 DOF) systems were constructed, consisting of an aluminum base and a steel mass, joined by the MRE. In one system, the MRE contained 7% (in volume) of ferromagnetic particles and was bonded to the base and mass of the system by an adhesive. In the other system, the MRE contained 20% of particles and the material was vulcanized directly on metallic components. In the frequency domain, transmissibility tests of those systems were performed, varying the applied magnetic field and temperature. Using the inverse problem technique in an optimization environment, the experimental data of the transmissibility curves were adjusted to an analytical model. Thus, it was possible to obtain the parameters of the material that best describe the experimental data. The comparison between experimental and analytical curves validated the mathematical model with coefficient of determination values of 0.97, for MRE with 7% of particles, and 0.98, for MRE with 20%. The experimental transmissibility curves were also analyzed through a component of variation (COV) analysis, which compared the effects of temperature and magnetic field on the experimental dynamic characteristics of the system. The COV analysis showed that, for the evaluated temperature range and magnetic fields, a variation in temperature has a more relevant effect on the MRE dynamic properties than a variation in the applied magnetic field. Experimental results showed that a magnetic field applied on MRE can increase the system stiffness, especially at higher temperatures and lower frequencies, i.e. when the MRE becomes less rigid. Key-words: Magnetorheological elastomers. Dynamic characterization. Transmissibility curves.

Magneto-sensitive Elastomere sind Verbundwerkstoffe, die hauptsächlich aus einer Elastomermatrix bestehen, in der magnetischen Partikeln dispergiert sind. Ein ins magnetosensitive Elastomer eingreifende Magnetfeld bewirkt Änderungen der Eigenschaften dieses Materials. Diese Qualität macht die MSE zu einer Option mit hohem Potenzial für Soft Robotics- Anwendungen. Für die Realisierung dieser Masterarbeit wurden MSE-Proben aus einer Elastomermatrix, Silikonöl und Carbonyleisenpartikeln hergestellt. Tests wurden durchgeführt, um Verbesserungen zu entwickeln, die sich auf Soft-Robot- Anwendungen konzentrieren, insbesondere bei Endeffektoren. In dieser Arbeit wurden die Eigenschaften von magneto-sensitive Elastomerproben in Abwesenheit und Gegenwart eines Magnetfeldes experimentell untersucht. Die untersuchungen wurden mittels eines Magnetfeldes realisiert, dass durch einen Permanentmagneten induziert wurde. Um die Intensität zu varriieren, wurde der Permanetmagent in unterschiedlichen Abständen zur Probe positioniert. Die experimentell erhaltenen Ergebnisse wurden verwendet, um den Einfluss der MF über der MSE zu verstehen und ein geeignetes Materialmodell unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode zu entwickeln. Magneto-sensitive elastomers are composite materials made mainly of an elastomer matrix, in which magnetic particles are dispersed. A magnetic field applied in the magneto sensitive elastomers achieves changes in the properties of this material. This quality turns the magneto-sensitive elastomers in an option with high potential in soft robotics applications. In the present thesis, samples of magneto-sensitive elastomers containing an elastomeric matrix, silicone oil and carbonyl iron particles were produced. Tests were performed in order to develop improvements focused on soft robotic applications, particularly in end effectors. In this thesis, the properties of magneto-sensitive elastomers samples have been experimentally studied in the absence and presence of a magnetic field. The magnetic field was induced by a permanent magnet that was moved at different distances from the sample to change the intensity of the magnetic field. The results obtained by experiments were used to understand the influence of the magnetic field on the magneto-sensitive elastomer and to obtain a suitable material model using finite element method. Los elastómeros magneto-sensibles son materiales compuestos hechos principalmente de una matriz de elastómero, en la que se dispersan las partículas magnéticas. Un campo magnético aplicado en los elastómeros magneto-sensibles logra cambios en las propiedades de este material. Esta cualidad convierte los elastómeros magneto-sensibles en una opción con alto potencial en aplicaciones de robótica blanda. En la presente tesis, se fabricaron muestras de elastómeros magneto-sensibles que contenían una matriz elastomérica, aceite de silicona y partículas de hierro carbonilo. Se realizaron pruebas para desarrollar mejoras enfocadas en aplicaciones de robótica blanda, particularmente en efectores finales. En esta tesis, las propiedades de las muestras de elastómeros magneto-sensibles han sido estudiadas experimentalmente en ausencia y presencia de un campo magnético. El campo magnético fue inducido por un imán permanente que se movió a diferentes distancias de la muestra para cambiar la intensidad de este campo magnético. Los resultados obtenidos por experimentos se utilizaron para comprender la influencia del campo magnético en el elastómero magneto sensible y para obtener un modelo de material adecuado utilizando el método de elementos finitos. Tesis

El objetivo de la tesis es profundizar en el estudio del funcionamiento del octosilicato como partículas reforzantes en un compuesto de caucho para banda de rodadura de neumático.Los resultados indican que las láminas de octosilicato, junto con el catión orgánico de cadena larga (CTA+) presente en el espacio interlaminar, son los responsables de un cambio estructural en la red reforzante. El exponente fractal experimental para el sistema aditivado es menor que el exponente del sistema de referencia de solo sílice (sin octosilicato hinchado). Además, el valor teórico para el sistema de referencia ha sido comprobado experimentalmente.La sustitución del catión orgánico interlaminar, por otro con doble cadena larga (2HT+), produce efectos adversos sobre el procesado y la caracterización de los compuestos. Las modificaciones/innovaciones propuestas permiten concluir que el contenido del catión orgánico presente en el octosilicato es crítico por su influencia en las propiedades finales.

Trabajo fin de Máster defendido en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros, el 12 de junio de 2019, Curso 2018-2019 - Máster Universitario en Alta Especialización en Plásticos y Caucho (UIMP-CSIC), [EN] In the current environmental context where polymer waste represents a significant threat, the development of self-healing elastomers that allows us to extend their lifetime with minimum use of additional ingredients, embodies a great scientific and social importance. In this research, formulations of epoxidized natural rubber (ENR) and nanocomposites with thermally reduced graphene oxide (trGO) were developed. In the first stage, six ENR formulations were prepared with 25 % and 50 % content of epoxy units, vulcanized with different proportions of dicumyl peroxide (DCP) (0.6 phr, 1.2 phr, and 1.8 phr). This phase had the objective of optimizing the self-healing capacity of this material to use it as a matrix in the second stage, which consisted of the development of nanocomposites with trGO. It was observed that the self-healing capacity decreases with the increase of the cross-linking density, resulting the ENR 50 with 0.6 phr of DCP the optimized formulation with a healing efficiency of (47 ± 4) %. On the other hand, the incorporation of trGO made it possible to increase the tensile strength of the ENR by 100 % with a repair efficiency of (82 ± 2) % with only 0.5 phr of filler at room temperature. These results suppose a new contribution to the scientific knowledge and to the pursuit of elastomeric materials with self-healing capacity without the need for external stimuli and with improved mechanical properties., [ES] En el contexto ambiental actual donde los desechos de polímeros se han presentado como una amenaza inminente, el desarrollo de elastómeros autorreparables que nos permita extender su vida útil con un mínimo uso de ingredientes adicionales, es de elevada importancia científica y social. En esta investigación se desarrollaron formulaciones de caucho natural epoxidado (ENR) y nanocompuestos con óxido de grafeno reducido térmicamente (trGO). En una primera etapa, se prepararon seis formulaciones de ENR con 25 % y 50 % de contenido de unidades epoxídicas, vulcanizado con diferentes proporciones de peróxido de dicumilo (DCP) (0,6 ppc, 1,2 ppc y 1,8 ppc). Esta fase tuvo el objetivo de optimizar la capacidad autorreparadora del ENR para utilizarlo como matriz en una segunda etapa, que consistió en el desarrollo de nanocompuestos con trGO. Se observó que la capacidad autorreparadora disminuye con el aumento de la densidad de entrecruzamientos, resultando el ENR 50 con 0,6 ppc de DCP la formulación optimizada con la que se alcanzó una eficiencia de reparación de (47 ± 4) %. Por otra parte, la incorporación del trGO hizo posible incrementar la resistencia a la tracción del ENR hasta en un 100 % con una eficiencia de reparación de (82 ± 2) % con tan solo 0,5 ppc de carga y a temperatura ambiente. Estos resultados suponen un aporte novedoso al conocimiento científico y a la búsqueda de materiales elastoméricos con capacidad autorreparadora sin la necesidad de estímulos externos y con propiedades mecánicas mejoradas.

A vulcanização é um processo de reticulação pelo qual a estrutura química do elastômero é alterada pela interligação das longas cadeias do polímero, resultando numa rede tridimensional. A indústria de reforma de pneus vende produtos finais de borracha não vulcanizados com prazos de validade relativamente curtos, de poucos meses. Esses produtos são vulcanizados apenas posteriormente, nas reformadoras. Por esse motivo, há um grande interesse no aumento do tempo de prateleira sem afetar a qualidade do material, ou seja, garantindo a estabilidade de suas propriedades reométricas. O objetivo deste trabalho é analisar o uso de diferentes sistemas de aceleração na estabilidade ao longo do tempo das propriedades de composições elastoméricas de borracha natural não vulcanizadas. Para o estudo, doze composições foram preparadas: seis formulações utilizando o acelerador 2,2-ditiomercaptobenzotiazol (MBTS) e outras seis utilizando o acelerador N-cicloexil-2-benzotiazol sulfenamidas (CBS). Para cada acelerador formulou-se os três sistemas de aceleração: convencional, eficiente e semi-eficiente. As mesmas formulações também foram realizadas incluindo o inibidor de vulcanização (PVI) N-cicloexiltioftalimida (CTP). As composições foram caracterizadas quanto às propriedades reométricas, com análises periódicas, ao longo de seis meses. Quanto ao torque máximo, parâmetro relacionado à densidade de ligações cruzadas, o CBS apresentou valores superiores em todos os sistemas de aceleração em comparação ao MBTS. Com relação ao tipo de acelerador usado, o MBTS possui uma estabilidade maior na aceleração ao longo dos seis meses ensaiados. Já o CBS possui um tempo de segurança maior nos primeiros meses, perdendo essa característica ao longo do tempo. O uso do PVI reduziu os tempos de segurança, porém, aumentou também o tempo ótimo de vulcanização, t90. Depois de avaliado o tipo de acelerador e sistema de aceleração em condições climáticas padrão (23 °C) e selecionado apenas um sistema de aceleração (semi-eficiente, acelerador CBS com e sem PVI), foi estudado o comportamento desse sistema sob variações climáticas mais severas, simulando o ambiente a que estas formulações são submetidas durante o transporte e armazenamento. Nesta segunda parte do estudo, identificou-se a necessidade da utilização do PVI principalmente em situações onde materiais não vulcanizados ficam estocados em condições de temperatura até 45 °C. Nessa condição, o uso do PVI possibilitou um aumento de cerca de 38% na vida útil se comparado com material nas mesmas condições, porém, sem PVI. Demais propriedades avaliadas não foram afetadas pela utilização deste aditivo inibidor de pré-vulcanização. De forma geral, os resultados levam a concluir que o comportamento reométrico ao longo do tempo de prateleira da composição não vulcanizada depende diretamente do tipo de acelerador utilizado, do uso ou não de inibidor de pré-vulcanização e do tipo de sistema de aceleração empregado. Vulcanization is a crosslinking process in which the chemical structure of the elastomer is changed by the interlinking of the long chains of the polymer, resulting in a three-dimensional network. The tire repairing industry sells unvulcanized rubber products with relatively short shelf life. These products are vulcanized later, by the retreaders. For this reason, there is a big interest in increasing this shelf life without affecting the quality of the material. In other words, ensuring the stability of its rheometric properties. The objective of this work is to analyze the use of different sulfur-curing systems in the stability over time of the properties of natural rubber unvulcanized compositions. In this work, twelve compositions were prepared: six formulations using the 2,2-dithiomercaptobenzothiazole accelerator (MBTS) and another six using the accelerator N-cyclohexyl-2-benzothiazole sulphenamide (CBS). For each accelerator, three vulcanization systems were formulated: conventional, efficient and semi-efficient. The same formulations were also prepared including the prevulcanization inhibitor (PVI) N-cyclohexylthiophthalimide (CTP). The cure properties of the compositions were periodically analyzed over six months. Regarding the maximum torque, parameter related to the crosslink density, the CBS presented higher values for all the acceleration systems compared to the MBTS. Regarding the type of accelerator used, the MBTS had greater acceleration stability over the six months. CBS showed a longer safety time in the first months, losing this characteristic over time. The use of PVI reduced the scorch time. However, the optimum vulcanization time, t90, was increased. After evaluating the type of accelerator and vulcanization system under standard conditions (23 °C) and selecting only one system (semi-efficient, CBS with and without PVI), this system was studied under more severe climatic variations, simulating the conditions which these formulations are submitted during transportation and storage. In this second part of the study, the need to use PVI was confirmed, mainly in situations where unvulcanized materials are stored under 45 °C. In this case, the use of PVI allowed an increase of about 38% in the shelf life when compared with material under the same conditions without PVI. Other properties were not affected by the use of this pre-vulcanization inhibitor additive. In general, it can concluded that the rheometric behavior over the shelf life of unvulcanized composition depends directly on the type of accelerator used, the use of the pre-vulcanization inhibitor, and the type of vulcanization system used.

A redução de densidade de peças técnicas elastoméricas é um tema que vem ganhando cada vez mais importância no setor industrial. Neste contexto, sabe-se que determinadas cargas, tradicionalmente empregadas em compostos de borracha, possibilitam redução de custo, porém, em contrapartida, aumentam significativamente a densidade do material. Microesferas de vidro ocas (MEVOs) são apresentadas como uma alternativa para a redução de densidade em materiais termoplásticos, porém os impactos de sua aplicação em materiais elastoméricos ainda são pouco conhecidos. O presente estudo tem por objetivo avaliar a aplicação de MEVOs em um composto de borracha híbrido de base cis1,3poliisopreno denominado borracha natural (NR), usualmente aplicado na produção de coxins automotivos para carros de passeio e peças técnicas de borracha, com o objetivo de reduzir a densidade do material. O estudo foi realizado comparando uma formulação de composto de borracha em sua forma tradicional (sem MEVOs) com duas formulações híbridas modificadas com MEVOs (VS5500 ou IM16K). Organossilano Si69 foi utilizado por adição direta durante o processamento (adição in situ) ou utilizado no pré-tratamento da superfície das MEVOs. A produção dos compostos foi realizada por dois métodos distintos, utilizado um reômetro de torque com uma câmara de mistura Haake (misturador fechado) ou um misturador tipo cilindro (misturador aberto). Para avaliação do impacto da aplicação das MEVOs nos compostos de borracha, foram realizados ensaios em corpos de prova para determinação das propriedades reológicas, físicas, mecânicas e dinâmicas. Nos compostos preparados em misturador fechado, houve uma alta incidência de quebra das MEVOs, não atingindo a redução de densidade esperada, o que pode ser contornado nos compostos preparados em misturador aberto. Em ambas as condições de preparação, as propriedades de dureza, módulos sob tração até deformações de 300% e alongamento na ruptura se mantiveram próximos aos valores de referência. Tensão de ruptura sob tração e resistência ao rasgo foram significativamente reduzidos. Propriedades reológicas e dinâmicas também foram impactadas de forma significativa. Por último, o uso de organossilano Si69 no pré-tratamento das microesferas se monstrou mais eficiente que quando aplicado in situ. The reduction in density of elastomeric technical parts is receiving increasing importance from the industrial sector. In this context, it is known that determined fillers traditionally used in rubber compounds allow cost reduction, although they significantly increase density of the material. Hollow glass microspheres (MEVOs) are an alternative for the reduction in density of thermoplastic materials, but the impact of their application on elastomeric materials is little known. The present study aims at evaluating the effect of the addition of MEVOs to cis-1,3-polyisoprene (natural rubber) hybrid based rubber compounds usually applied in the production of automotive cushions for passenger cars and technical elastomeric parts. The study was carried out by comparing a traditional rubber compound formulation (without MEVO) with two hybrids formulations modified with MEVO (VS5500 or IM16K). Si69 organosilane was either added during processing (in situ addition) or used for the surface pretreatment of MEVO. Preparation of the compounds was performed by two methods, using a torque rheometer with a mixing chamber Haake (closed mixer) or a cylinder mixer (open mixer). To evaluate the impact of the application of MEVOs on the rubber compounds, rheological, physical, mechanical and dynamic tests were carried out. In the compounds prepared in a closed mixer, a great incidence of MEVOs breakage was observed, with a detrimental effect on the expected density reduction, but this was overcome with the use of the open mixer to prepare the compounds. In both preparation conditions, the properties of hardness, tensile moduli at deformations up to 300% and elongation at rupture were close to the reference values, whereas tensile and tear strengths were significantly reduced. Rheological and dynamic properties were also significantly impacted. Lastly, the Si69 organosilane pretreatment of microspheres was more efficient than when applied in situ.

En la actualidad, los materiales elastómeros están cobrando un gran protagonismo en la industria. Tales son sus aplicaciones y propiedades que muchos son los sectores donde este tipo de materiales encuentra un sitio relevante. Por ejemplo, en el sector de la construcción diversos componentes fabricados con estos materiales se utilizan como amortiguadores en casos de terremotos y en el sector de los electrodomésticos son usados para juntas aislantes e impermeables como en el caso de lavadoras y frigoríficos. Su uso está aún más extendido en sectores como la aeronáutica o la automoción. Además del uso de estos materiales para componentes tan relevantes como son los neumáticos, estos sectores también se plantean como reto aumentar la eficiencia de los motores reduciendo el consumo de combustible y el tamaño de los mismos de forma progresiva. Con ello, no sólo el bloque motor debe reducir su tamaño, sino también el resto de componentes, generando nuevos retos ingenieriles al requerir diseños más compactos y flexibles mediante el uso de materiales alternativos a los metales como son los elastómeros. Las razones por las que estos materiales son ampliamente utilizados son sus propiedades mecánicas tales como su facilidad de deformación, durabilidad, reciclabilidad, y su relación precio/peso. Estos polímeros son capaces de alcanzar grandes deformaciones a tracción y compresión, y poseen unas muy buenas características de amortiguación, haciéndolos adecuados para el empleo en la disipación de energía cinética asociada a impactos, golpes y vibraciones. Por norma general, el uso de este tipo de materiales se centra en componentes que experimentan a lo largo de su vida útil no solo grandes deformaciones sino cargas cíclicas. Es por ello que es importante poder entender cuáles son los mecanismos de fallo resistente para poder así desarrollar diseños más seguros y competitivos. Para asegurar la durabilidad de los componentes es indispensable centrarse en el fenómeno de fatiga. Este se describe como el fallo que experimenta un material cuando es sometido a cargas cíclicas de amplitud máxima inferior a su carga de rotura estática, y suele ser un punto crítico en el proceso de diseño de nuevos productos. La historia está repleta de catástrofes debidas a fallos por fatiga y es por ello que multitud de autores han investigado sobre el tema, siendo los materiales metálicos los más estudiados. Aunque existe una amplia bibliografía sobre el fenómeno de fatiga en metales, el número de publicaciones se reduce drásticamente para el estudio de la fatiga aplicada a materiales poliméricos y más concretamente a materiales elastómeros. Una de las principales razones de ello es que los elastómeros que se industrializan a día de hoy tienen poca antigüedad ya que empezaron a desarrollar en las décadas de 1970 y 1980. Otra razón principal es la compleja relación tensión-deformación que presentan estos materiales, que raramente es lineal presentando un comportamiento no lineal incluso para pequeñas deformaciones. Por si no fuera suficiente, estos materiales son sensibles a la velocidad de deformación, teniendo propiedades viscoelásticas, y también son sensibles a agentes ambientales como puedan ser la temperatura, el ozono, el envejecimiento, etc. En este contexto, en esta Tesis Doctoral se desarrolla un modelo constitutivo de material como base para el desarrollo de un modelo de predicción de vida a fatiga y su aplicación en el diseño de componentes mecánicos. Estos desarrollos pretenden ser la base a futuro de un ahorro económico y una ventaja competitiva que supondrá tener un buen conocimiento del comportamiento de los materiales elastómeros frente al fenómeno de la fatiga, ya que los daños por fatiga siguen siendo de los más elevados en el diseño ingenieril al igual que las inversiones realizadas para su prevención.

La auto-reparación, es la capacidad de un material, de repararse de forma autónoma, tras sufrir un daño por su uso, agresiones externas, etc. Este comportamiento es una alternativa eficiente para aumentar la vida útil de un material. En este trabajo, se analiza la capacidad auto-reparadora de matrices termoestables y elastómeros, materiales ampliamente usados en el sector transporte. Los resultados preliminares revelan una capacidad de reparación del 50 %. Estos resultados marcan el inicio en el desarrollo de materiales innovadores, que reducirán los contenidos de residuos y permitirán su reutilización, todo ello englobado dentro de los principios de economía circular., Se agradece al Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICINN) por la financiación recibida (MAT2016-81138-R, MAT2015-73392-JIN) y a Signus por proveer el neumático fuera de uso empleado. Mónica Peñas Caballero agradece al MICINN por la beca FPI (Formación del Personal Investigador).

Agradecimentos: The authors would like to acknowledge Bobby Simetech, Research Technologist, Department of Adult Restorative Dentistry, University of Nebraska Medical Center, Omaha, NE, for the help with the fabrication of the maxillofacial silicone materials. Appreciation also goes to Asia Inagaki, dental student, Creighton School of Dentistry, for the help in obtaining the color measurements Abstract: Statement of Problem. Maxillofacial prostheses made of silicone elastomers undergo undesirable color degradation over time. How this color change can be prevented is unclear. Purpose. The purpose of this in vitro study was to evaluate the ability of an oxide nanocoating to prevent color degradation of maxillofacial silicone elastomers after artificial accelerated aging. Material and Method. A silicone elastomer with functional intrinsic pigment was tested. Specimens (N=20) were fabricated, and half of them were coated with a nanolayer of titanium dioxide (TiO2) using atomic layer deposition. Both coated and noncoated specimens (control) were exposed to artificial aging at 450 kJ/m(2) of total energy. Changes in the color of all the specimens with and without TiO2 nanocoating were measured before and after the atomic layer deposition coating and before and after aging. The obtained color data were analyzed by using independent t tests and the 1-sample t test (alpha=.05). Results. Color change (Delta E1=3.4 +/- 1.4) was observed for the silicone elastomers after the specimens were surface coated with TiO2 nanofilm, although this change was not statistically significant (P=.369) compared with the acceptability threshold (Delta E=3.0). Upon exposure to artificial aging, the noncoated control specimens underwent color change (Delta E2=2.5 +/- 0.7, P=.083 compared with the acceptability threshold). The specimens with TiO2 nanocoated surface experienced the least color change (Delta E3=1.4 +/- 0.6) when subjected to artificial aging, and this change was significantly lower (P

As infecções do trato urinário associadas ao uso de cateter representam uma das causas mais comuns de morbidade e mortalidade. Fungos como a Candida spp. podem entrar no trato urinário, aderir na superfície da mucosa e ao cateter urinário e estabelecer um biofilme. A fim de obter opções preventivas para a infecção do trato urinário causado por Candida spp. foram desenvolvidos biomateriais com diferentes concentrações de óleo essencial de canela e comparada sua ação antifúngica com diferentes inibidores, dentre eles furfural e extrato de Pycnoporus sanguineus para uso em cateter urinário. A atividade antifúngica foi verificada considerando a inibição in vitro de C. albicans e C. tropicalis. O extrato de P. sanguineus não se mostrou efetivo e não foi utilizado para como componente em elastômeros. Os elastômeros produzidos com furfural e óleo essencial de canela foram testados quanto às suas propriedades físicos químicas, realizando-se testes de análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia de infravermelho (FTIR) e análises mecânicas. As análises mostraram que a temperatura de degradação do óleo essencial de canela foi de 435,6°C enquanto que o furfural se decompôs a uma temperatura de 120°C, temperatura inferior à utilizada para a vulcanização, portanto não evoluindo à fase de impregnação ao elastômero. Os elastômeros foram então vulcanizados a 100°C e 150°C e posteriormente testados para a inibição de C. albicans. Observou-se que a vulcanização a 100°C foi mais efetiva em comparação a 150°C, com inibição maior mesmo no elastômero sem adição de óleo essencial de canela. Finalmente, três métodos diferentes de esterilização foram testados, sendo a esterilização com óxido de etileno capaz de manter atividade antifúngica dos elastômeros. Assim, um elastômero com potencial biomédico foi desenvolvido, para posteriormente ser utilizado em cateteres urinários impregnados, evitando-se assim a contaminação por fungos na uretra. [resumo fornecido pelo autor] Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPES Urinary tract infections associated with catheter use are one of the most common causes of morbidity and mortality. Fungi like Candida spp. can enter the urinary tract, adhere on the surface of the mucosa and urinary catheter and establish a biofilm. In order to obtain preventive options for urinary tract infection caused by Candida spp. biomaterials with different concentrations of essential oil of cinnamon were developed for use in urinary catheter and compared against different types of antifungal (furfural and extract of Pycnoporus sanguineus). The antifungal activity was verified considering the inhibition in vitro of C. albicans and C. tropicalis. The extract of P. sanguineus was not effective and was not used as a component in elastomers. The elastomers produced with furfural and cinnamon essential oil were tested for their chemical physical properties, being carried out tests of thermogravimetric analysis (TGA), infrared spectroscopy (FTIR) and mechanical analysis. The analyzes showed that the degradation temperature of the essential oil of cinnamon was 435,6°C whereas the furfural was decomposed at a temperature of 120°C, temperature lower than the one used for the vulcanization process, thus not evolving to the impregnation phase. The elastomers were then vulcanized at 100°C and 150°C and subsequently tested for inhibition of C. albicans. It was observed that vulcanization at 100°C was more effective compared to 150°C, with higher inhibition even in the elastomer without addition of cinnamon essential oil. Finally, three different methods of sterilization were tested, with ethylene oxide sterilization capable of maintaining antifungal activity of the elastomers. Thus, an elastomer with biomedical potential was developed, later to be used in impregnated urinary catheters, thus avoiding contamination by fungi in the urethra. [resumo fornecido pelo autor]

El TFG presenta un estudio del comportamiento de la junta elastomérica de sellado del eje de propulsión marítima en barcos. Esta junta por un lado tiene agua de mar y, por el otro, el lubricante. Con el fin de evitar daños medioambientales, se emplean fluidos lubricantes que no presenten problemas de contaminación del medio marítimo; así, estos lubricantes se llaman EALs (Lubricantes aceptados medioambientalmente o en ingés, Environmentally Accepted Lubricants). Para evaluar el comportamiento de la junta y su durabilidad se usa una máquina de ensayos de tipo cilindro sobre anillo (pin-on-ring). Se trata de un tribómetro, disponible por el grupo de investigación, diseñado para el ensayo de muestras de material. El contacto entre el anillo y el cilindro se hace envuelto en un tanque de aluminio y lleno de los distintos tipos de lubricante. Este tanque tiene en su interior cuatro calentadores para tener el lubricante a 40ºC. El objetivo de estos ensayos es medir la fricción entre el anillo de acero y el pin de elastómero. Este proyecto se ha desarrollado en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU).

En este trabajo se realizó la caracterización de un material polimérico dopado con partículas de magnetita, con el fin de producir un caucho magnético. Se caracterizó el material con propiedades morfológicas, estructurales, mecánicas, térmicas, eléctricas y magnéticas. Se realizaron diez (10) muestras diferentes variando la cantidad de ripio de llanta y de magnetita, adicionalmente se realizó una muestra variando el tipo de ripio utilizado. La elaboración de las muestras se desarrolló en la empresa ANDINA DE RODILLOS LTDA con el asesoramiento del Ing. Edwin López quien con su experticia aportó para realizar una mezcla con características de caucho blando. Las mezclas se realizaron con la matriz de caucho NBR, aceleradores: TMTD y CBS, azufre como agente vulcanizante, activadores: ácido esteárico y óxido de zinc, suavizante: DOP, magnetita y ripio. Como primera fase, se realizaron las mezclas haciendo el proceso de masticación en un molino de rodillos, posteriormente se procedió a vulcanizar las muestras en unas placas a 140°C durante 12 minutos; las formas de los moldes de vulcanización se realizaron según las normas ASTM y los requerimientos de los equipos de las caracterizaciones. Los análisis llevados a cabo, comprenden para la caracterización morfológica: SEM, para la caracterización estructural: EDX y difracción de rayos X, para la caracterización mecánica: dureza Shore A y tensión – deformación, para la caracterización térmica: reometría y termogravimetría, para la caracterización eléctrica: resistividad eléctrica y análisis de frecuencia (constante dieléctrica) y para la caracterización magnética: momento magnético. Abstract: In this project a characterization of a polymeric material impregnated with magnetite particles, is carried out, in order to produce magnetic rubber. The morphologic, structural, mechanical, thermal, electric and magnetic properties were analyzed. Ten different samples were made varying the amount of crumb rubberand magnetite, additionally to sample were taken varying the kind of crumb rubber. The elaboration of samples were made in the company ANDINA DE RODILLOS S.A with the advice of Engr. Edwin Lopez who contributes with his experience to perform a mix with soft rubber properties. The mixtures were made with the NBR rubber matrix, accelerators: TMTD and CBS, sulfur as vulcanizing agent, activators: seric acid and zinc oxid. Softer: DOP, magnetite and gravel. To begin, the mixtures were made by applying chewing process in a roller mill, after that, the samples were vulcanized in some plates at 140°C for 12 minutes; The plates for vulcanization were made by ASTM standards and the equipment requirements. The characterization carried out, consider for the morphological analysis: SEM, for the structural analysis: EDX and X-Ray diffraction, for the mechanical: Shore A hardness and tension - deformation, for the thermic characterization: thermogravimetry and reometry, for the electric characterization: electric resivity and analysis of frequency (dielectric constant) and for the magnetic characterization: Magentic momentum. Maestría

237 p., Se han sintetizado y caracterizado tres derivados de cumarina, uno monohidroxilado y dos dihidroxilados descritos por primera vez en este trabajo, con objeto de obtener recubrimientos de poliuretano fotosensibles con capacidad autorreparante.A partir del derivado monohidroxilado de cumarina, una mezcla de policaprolactona lineal de bajo peso molecular y una policaprolactona triol o tetrol de bajo peso molecular y 1,6-hexametilendiisocianato (HDI), se han preparado poliuretanos ramificados con estructura controlada y un contenido en peso de cumarina del 5 y del 10% en los extremos de las cadenas. Se caracterizaron las propiedades físicas y la fotorreversibilidad de los poliuretanos. La fotodimerización produjo materiales entrecruzados blandos con unas propiedades mecánicas discretas pero superiores a los materiales similares descritos en la literatura y cierta capacidad de autorreparación.Empleando un derivado de cumarina dihidroxilado como iniciador se han sintetizado nuevos dioles de policaprolactona (PCL) mediante la polimerización por apertura de anillo de la ¿-caprolactona. A partir de estos dioles de policaprolactona se han preparado por primera vez poliuretanos con la cumarina dentro del segmento blando. En un poliuretano lineal de una PCL diol y un isocianato alifático se estudió la fotorreversibilidad por UV y por Raman y se demostró su equivalencia. Se estudió la red entrecruzada formada tras la dimerización por RMN de campo bajo y se comprobó la no equivalencia con los resultados de conversión por UV o Raman. Las propiedades mecánicas fueron mejores que para los materiales anteriores y similares descritos en la literatura y se observó un alto porcentaje de autorreparación debido en una parte importante a la temperatura.Se estudió la diferencia entre tener la cumarina en el segmento blando, en el duro o repartido entre ambos, en tres poliuretanos lineales segmentados con un 10% en peso de cumarina. Tras la reacción de fotodimerización se obtuvieron materiales entrecruzados elastoméricos muy tenaces con las mejores propiedades mecánicas descritas hasta el momento para este tipo de polímeroscon cumarina. Los resultados de la autorreparación para estos materiales, sin embrago, fueron incoherentes, sin que se pudiese encontrar una correlación con la estructura del poliuretano., Gaiker

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Este trabalho visa propor um procedimento alternativo para o projeto ótimo de um manipulador paralelo planar flexível de dois graus de liberdade, utilizando índices de desempenho baseado em critérios cinemáticos e dinâmicos simultaneamente. A modelagem cinemática e dinâmica completa permite estabelecer o tamanho do espaço de trabalho e o desempenho elastodinâmico, respectivamente. Baseado nos critérios de desempenho será apresentada também uma metodologia para realizar o projeto do manipulador solucionando o problema de otimização multiobjetivo para obter os comprimentos dos elos. Inicialmente, os critérios de desempenho são otimizados separadamente. E em seguida, será realizada uma otimização multiobjetivo para solucionar o projeto ótimo multiobjetivo. Os Algoritmos Genéticos foram utilizados como uma ferramenta para solução dos respectivos problemas de otimização. Os resultados dessa otimização permitiram encontrar o conjunto de soluções ótimas denominada fronteira de Pareto. Esses resultados foram analisados para determinar os parâmetros estruturais do manipulador paralelo para encontrar a solução mais adequada para a aplicação desejada. A construção do protótipo do manipulador paralelo planar foi realizada a partir dos parâmetros ótimos determinados. This work aims at proposing an alternative procedure for the optimal design of a flexible planar parallel manipulator of two degrees of freedom by using performance indexes based on kinematic and dynamic criteria simultaneously. The complete kinematic and dynamic models allow establishing the workspace size and the elastodynamic performance, respectively. The manipulator design methodology, based on the performance criteria, is obtained by solving a multiobjective optimization problem. The optimal design variables derived from the optimization process are the optimal links lengths. In the optimal design procedure, initially, the performance criteria will be optimized separately. Then, a multiobjective optimization will be performed to obtain the optimal multiobjective design. The Genetic Algorithms were used as a tool to solve the corresponding optimization problems. The results of these optimizations allowed to find the set of optimal solutions denominated the Pareto Front. These results were analyzed in order to determine the structural parameters of the parallel manipulator to find the most suitable configuration for the desired application. Once the optimal and suitable parameters were established, it was carried out the construction of the prototype of the parallel planar manipulator.

OBJECTIVE: To investigate the effects of different sterilization/disinfection methods on the mechanical properties of orthodontic elastomeric chains. METHODS: Segments of elastomeric chains with 5 links each were sent for sterilization by cobalt 60 (Co60) (20 KGy) gamma ray technology. After the procedure, the elastomeric chains were contaminated with clinical samples of Streptococcus mutans. Subsequently, the elastomeric chains were submitted to sterilization/disinfection tests carried out by means of different methods, forming six study groups, as follows: Group 1 (control - without contamination), Group 2 (70°GL alcohol), Group 3 (autoclave), Group 4 (ultraviolet), Group 5 (peracetic acid) and Group 6 (glutaraldehyde). After sterilization/disinfection, the effectiveness of these methods, by Colony forming units per mL (CFU/mL), and the mechanical properties of the material were assessed. Student's t-test was used to assess the number of CFUs while ANOVA and Tukey's test were used to assess elastic strength. RESULTS: Ultraviolet treatment was not completely effective for sterilization. No loss of mechanical properties occurred with the use of the different sterilization methods (p > 0.05). CONCLUSION: Biological control of elastomeric chains does not affect their mechanical properties. OBJETIVO: verificar os efeitos de diferentes métodos de esterilização/desinfecção nas propriedades mecânicas de elásticos ortodônticos em cadeia. MÉTODOS: segmentos de elástico em cadeia com 5 elos cada foram enviados para esterilização em radiação gama com cobalto 60 (20 KGy). Após esterilização, esses foram contaminados com amostras clínicas de Streptococcus mutans. Passado esse período, foram submetidos aos testes de esterilização/desinfecção por diferentes métodos, formando seis grupos de estudo, assim denominados: Grupo 1 (controle - sem ter sido contaminado), Grupo 2 (álcool 70°GL), Grupo 3 (autoclave), Grupo 4 (ultravioleta), Grupo 5 (ácido peracético) e Grupo 6 (glutaraldeído). Após esterilização/desinfecção, avaliou-se a efetividade desses métodos, por meio de contagem de unidades formadoras de colônias por mL (UFC/mL), e as propriedades mecânicas desses materiais. Utilizou-se o teste t de Student para avaliar o número de UFC, além do ANOVA e, posteriormente, do teste de Tukey para avaliação da força. RESULTADOS: verificou-se que o ultravioleta não obteve eficácia total quanto à esterilização. E não ocorreu perda das propriedades mecânicas dos elásticos, com os diferentes métodos de esterilização utilizados (p > 0,05). CONCLUSÃO: o controle biológico de elásticos em cadeia não interfere nas suas propriedades mecânicas.