Título: | DESENVOLVIMENTO DE BIOCOMPÓSITOS FABRICADOS POR MANUFATURA ADITIVA COM O USO DE FIBRAS NATURAIS CONTÍNUAS COMO REFORÇO POR FABRICAÇÃO DE FILAMENTOS FUNDIDOS (FFF) | ||||||||||||
Autor: |
NATALIA VICTORIA DOS SANTOS |
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Colaborador(es): |
DANIEL CARLOS TAISSUM CARDOSO - Orientador DOINA MARIANA BANEA - Coorientador PAOLO MINETOLA - Coorientador |
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Catalogação: | 29/MAI/2025 | Língua(s): | INGLÊS - ESTADOS UNIDOS |
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Tipo: | TEXTO | Subtipo: | TESE | ||||||||||
Notas: |
[pt] Todos os dados constantes dos documentos são de inteira responsabilidade de seus autores. Os dados utilizados nas descrições dos documentos estão em conformidade com os sistemas da administração da PUC-Rio. [en] All data contained in the documents are the sole responsibility of the authors. The data used in the descriptions of the documents are in conformity with the systems of the administration of PUC-Rio. |
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Referência(s): |
[pt] https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/projetosEspeciais/ETDs/consultas/conteudo.php?strSecao=resultado&nrSeq=70676&idi=1 [en] https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/projetosEspeciais/ETDs/consultas/conteudo.php?strSecao=resultado&nrSeq=70676&idi=2 |
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DOI: | https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.70676 | ||||||||||||
Resumo: | |||||||||||||
Manufatura aditiva (impressão 3D) evoluiu da prototipagem para a produção
de estruturas complexas com materiais avançados, possibilitando designs inovadores e
reduzindo o desperdício de recursos. No entanto, o uso de polímeros em componentes
estruturais é limitado por suas propriedades mecânicas e longos tempos de impressão.
Em resposta à crescente demanda da indústria da construção por materiais sustentáveis,
esta tese se concentra no desenvolvimento de biocompósitos reforçados com fios
contínuos de fibras naturais (juta, rami, sisal e linho) e um polímero de ácido polilático
(PLA). A pesquisa abrange o desenvolvimento de técnicas de impressão para fios
naturais contínuos, análise termomecânica desses biocompósitos impressos, juntas
adesivas impressas e a produção em larga escala de componentes de biocompósitos.
Este estudo demonstrou a viabilidade do uso de um bico de grande diâmetro para a
impressão de biocompósitos reforçados com fios vegetais, resultando em economia de
energia e substituição de até 48,2 por cento do conteúdo polimérico, reduzindo assim a pegada
de carbono do compósito. A análise térmica confirmou que as fibras naturais
permanecem intactas na temperatura de processamento do PLA, enquanto a adição de
fibras aumentou a temperatura de transição vítrea do compósito. O principal desafio na
impressão de fibras naturais contínuas foi a impregnação da fibra, que impactou
diretamente a adesão fibra-matriz e o desempenho mecânico. O método de filamento
semiacabado (SF) melhorou a ligação da fibra, resultando em maior resistência à tração
e módulo de elasticidade (até 18,4 por cento superior à impregnação no bico) e permitindo
velocidades de impressão mais altas. Além disso, o reforço com fibras naturais
aprimorou o comportamento mecânico de juntas adesivas sobrepostas simples,
especialmente em aplicações bi-materiais. As juntas JFRP-madeira apresentaram as
maiores cargas de falha, demonstrando seu potencial para estruturas mistas
sustentáveis. Além disso, a otimização da orientação das camadas melhorou
significativamente o desempenho mecânico, com ganhos de rigidez e resistência de até
35,2 por cento e 80,0 por cento, respectivamente. Os resultados destacam a viabilidade do reforço com
fibras naturais contínuas na manufatura aditiva, abrindo caminho para aplicações
estruturais escaláveis e sustentáveis. Trabalhos futuros devem se concentrar na
melhoria da interação fibra-matriz por meio de pré-tratamentos e na otimização dos
parâmetros de impressão para aprimorar o desempenho dos compósitos.
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