Síntese de óxido de grafeno para reforço de adesivo epóxi e modelagem computacional da junta estrutural aprimorada

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dc.contributor.advisorSilva, Sidney Nicodemos da
dc.contributor.advisor-coSilva Neto, Almir
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/9638508781178425
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/7979338384555091
dc.contributor.authorGoveia, Thiago de Sousa
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4111021010351237
dc.contributor.refereeSilva, Sidney Nicodemos da
dc.contributor.refereeSilva Neto, Almir
dc.contributor.refereeSantos, Mirela de Castro
dc.contributor.refereeÁvila, Antônio Ferreira
dc.date.accessioned2025-12-05T20:31:03Z
dc.date.available2025-12-05T20:31:03Z
dc.date.issued2023-11-10
dc.description.abstractEm relação ao uso de parafusos e rebites, a utilização de adesivos para a união de estruturas de chapa proporciona uma maior área para a distribuição das tensões, redução no peso total da estrutura, melhor absorção de impacto, aumento da vida em fadiga e, no caso de compósitos laminados, preservação das fibras. O Óxido de Grafeno (GO) é um nanomaterial promissor para o reforço de adesivos estruturais, visto que é capaz de imprimir ótimas propriedades em matrizes poliméricas, é solúvel em meios polares e possui bom custo-benefício, pois pode ser produzido em escala por meio de uma rota simples. No caso de juntas adesivas, no entanto, apenas a melhoria das propriedades do adesivo não é garantia de aumento no desempenho da estrutura. Sabe-se que adesivos mais resistentes tendem a ser menos eficientes na distribuição de tensões nas extremidades da sobreposição, o que demanda uma modificação de projeto para acomodar os picos de tensão nessas regiões. Diante deste cenário, o presente trabalho investiga o potencial do GO, sintetizado por uma rota alternativa do CEFET-MG, como material de reforço em um adesivo epóxi e avalia as possibilidades de modificações no projeto da junta a fim de redistribuir as tensões concentradas. Neste trabalho, o GO foi sintetizado a partir da reação de grafite, HNO3, KMnO4, H2O2 e água, e caracterizado por meio de MEV-EDS, DRX e FTIR. A dispersão na resina foi feita por polimerização in-situ com mistura manual e o adesivo curado foi ensaiado por tração e microdureza Vickers. O estudo da distribuição de tensões nos diferentes projetos de junta (com chanfro no aderente, filete no adesivo e combinação de adesivos rígidos e flexíveis) foi conduzido a partir da implementação de modelos de elementos finitos utilizando a biblioteca deal.II e o componente pyMAPDL. O GO sintetizado apresentou grau de oxidação com razão C/O igual a 2,5, sem adsorção de óxido de manganês. Apesar de uma aparente redução na densidade, o compósito de epóxi apresentou uma melhoria 56% na resistência à tração. A modelagem por elementos finitos, mostrou que a sinergia entre materiais e geometria da junta é um fator crucial na distribuições de tensões, praticamente extinguindo a tensão de delaminação na sobreposição, a qual foi de 160MPa para 110kPa.
dc.description.abstractotherCompared to the use of bolts and rivets, joining sheet metal structures with adhesive provides greater area for stress distribution, total structure weight reduction, better impact absorption, increased fatigue life and the fibers preservation in the case of laminated composites. Graphene Oxide (GO) is a promising nanomaterial for reinforcing structural adhesives, due to its ability to enhance the properties of polymeric matrices, is soluble in polar media and is cost-effective, as it can be easily produced on a large scale using a simple process. However, in the case of adhesive joints, simply enhancing adhesive properties does not guarantee improved structural performance. It is known that more strong adhesives tend to be less efficient in distributing stress at the overlap ends, which requires a design modification to accommodate stress peaks in these regions. In this scenario, the present work investigates the potential of GO, synthesized by an alternative route from CEFET-MG, as a reinforcing material for an epoxy adhesive and evaluates the possibilities of joint design modifications in order to redistribute the concentrated stresses. In this work, GO was synthesized from the reaction of graphite, HNO3, KMnO4, H2O2 and water, and characterized using SEM-EDS, XRD and FTIR. The dispersion in the resin was achieved through in-situ polymerization with manual mixing and the cured adhesive was submitted to tensile and Vickers microhardness tests. The study of stress distribution in different joint designs (with chamfer in the adherend, adhesive spew-fillet and rigid and flexible adhesives combined) was conducted through finite element models implemented using the deal.II library and the pyMAPDL component. The synthesized GO showed an oxidation degree with a C/O ratio of 2.5, without manganese oxide adsorption. Despite an apparent reduction in density, the epoxy composite exhibited a 56% improvement in tensile strength. The finite element modeling showed that the synergy between materials and joint geometry is a crucial factor in stress distribution, practically eliminating the delamination stress in the overlap, which reduced from 160MPa to 110kPa.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/2507
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais
dc.subjectÓxido de grafeno
dc.subjectResinas epóxi
dc.subjectMétodo dos elementos finitos
dc.subjectJuntas (Engenharia)
dc.subjectSingle Lap Joint
dc.titleSíntese de óxido de grafeno para reforço de adesivo epóxi e modelagem computacional da junta estrutural aprimorada
dc.typeDissertação

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