Modelamento matemático de compósitos particulados para aplicação como materiais celulares

Abstract

Esta dissertação desenvolveu um modelamento matemático aplicado a compósitos particulados em que matriz e partículas são formadas por materiais celulares. O modelo simula o módulo de Young dos compósitos dados os módulos de suas fases constituintes e a fração volumétrica de partículas na matriz. Usando uma metodologia similar, um modelo para a condutividade térmica dos compósitos também foi desenvolvido.Compósitos particulados de matriz polimérica foram utilizados para a validação dos modelos. Matriz e partículas foram constituídas de espumas rígidas de poliuretano. Os compósitos foram processados por coespumação uma das metodologias para a reciclagem de espumas de poliuretano.Ambos os modelos foram usados para prever as propriedades finais de compósitos com diferentes propriedades de matriz e partículas, variando também a fração volumétrica em até 0,5.A comparação entre teoria e resultados experimentais demonstrou uma razoável concordância entre os módulos de Young e as condutividades térmicas para configurações de compósitos de até 25% de partículas. Para maiores porcentagens de partículas, a divergência foi de apenas 5% em relação aos dados experimentais, considerando 40% de partículas no modelamento para condutividade térmica.Os modelos desenvolvidos nesta dissertação são ferramentas úteis para estimar as propriedades de compósitos particulados. Eles também contribuem para a viabilidade econômica das espumas recicladas, através da previsão das propriedades finais dos produtos reciclados.<br>

Abstract : This thesis developed a mathematic model applied to particulate composites, where matrix and particles were made of cellular materials. The model predicts the Young's modulus of the composite given the moduli of its constituent phases and the volumetric fraction of particles in the matrix. Using a similar approach, a model for the thermal conductivity of the composites has also been developed. Particulate composites with polymer matrixes were used to validate the models. Matrix and particles were made of rigid polyurethane foams. The composites were processed by cofoaming, one of the possible methodologies to recycle polyurethane foams. Both models were used to predict the final composite properties with different property configurations for the matrix and particles by varying the volumetric fraction of the particles of up to 0.5. Comparison between theoretical and experimental results demonstrated reasonable agreement for Young's modulus and thermal conductivity for composite configuration up to 25% of particles. For higher content of particles, the model was only 5% divergent from the experimental data, considering 40% of particles on the thermal conductivity model. The models developed are useful tools to predict properties of particle composites. They also contribute to the economic viability of recycled foams, adding value by the final properties prediction of the recycle products.