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http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AXVL9P| Type: | Dissertação de Mestrado |
| Title: | Desenvolvimento de compósitos nanomodificados utilizando fibras de aramida envelhecidas: uma alternativa para proteções balísticas |
| Authors: | Aline Marques de Oliveira |
| First Advisor: | Antonio Ferreira Avila |
| First Referee: | Cicero Murta Diniz Starling |
| Second Referee: | Matheus Pereira Porto |
| Third Referee: | Patrícia Santiago de Oliveira Patricio |
| metadata.dc.contributor.referee4: | Eduardo Kraemer Goes |
| Abstract: | Este estudo investiga novas destinações para fibras de aramida provenientes de coletes balísticos vencidos e sua aplicação em proteções balísticas. O novo material compósito aqui sugerido consiste em um laminado híbrido, no qual fibras de aramida envelhecidas são associadas a uma matriz epoxidíca, apresentando como nanoreforços diferentes nanopartículas (nanossílica, nanocerâmica e nanocristais de carbonato de cálcio) combinadas com etilenoglicol. As nanopartículas, dispersas em etilenoglicol, produziram uma nova classe de fluido não Newtoniano (shear thickening fluid - STF), que foi incorporado às fibras de aramida. O processo de incorporação do STF às fibras de aramida foi realizado por meio de uma combinação de dispersão por ultrassom e aerógrafo, especialmente desenvolvida para esse estudo. Uma vez que são utilizados dois diferentes níveis de análise, sendo estes em nano e macroescala, dividiu-se a investigação experimental em duas vertentes: em nanoescala, as nanoestruturas foram analisadas utilizando a técnica de microscopia eletrônica de varredura; em macroescala, testes balísticos foram aplicados atendendo ao padrão norte-americano NIJ-0101.04. Dois tipos de munição foram considerados: 9mm Full Metal Jacket (FMJ) e .357 Magnum Jacketed Soft Point (JSP). Os resultados demonstraram uma melhoria de cerca de 25% na resistência à penetração balística devido ao desempenho combinado das fibras de aramida impregnadas com STF e consolidadas pelo sistema epóxi. Considerando apenas a adição de STF às fibras de aramida por meio da dispersão combinada de ultrassom e aerógrafo, alcançou-se uma melhoria no desempenho balístico próxima a 41%. Foi proposta uma equação normalizada, que permite relacionar o efeito do uso de fluidos não Newtonianos e o trauma causado na cavidade torácica por projéteis de alta velocidade, indicando que a combinação entre a nanossílica e o carbonato de cálcio pode ser uma boa opção para um novo tipo de STF, mesmo em fibras de aramida envelhecidas, viabilizando seu uso para o desenvolvimento de escudos balísticos reforçados e sistemas de proteção veicular |
| Abstract: | This study portrays new destinations for aramid fabrics from discarded bulletproof vests and its application as ballistic shield. The new ballistic composite material is a hybrid laminate, in which expired aramid fibers are consolidated by epoxy resin and different nano-reinforcements, such as nanoparticles (nanosilica, nanoceramic and calcium carbonate nanocrystals), combined with ethylene glycol. The nanoparticles dispersed in ethylene glycol, has produced a new class of non-Newtonian fluid (shear thickening fluid - STF), which was incorporated into the aramid fibers. The STF incorporation process to aramid fibers has been accomplished through a combination of ultrasonic dispersion and airbrush, especially developed for this study. As this research deals with two different levels of analysis, i.e. the first one on nanoscale and the second one on macroscale, the experimental investigation must be divided in two different time frames. At nanoscale, the nanostructures were investigated with scanning electron microscope. At macroscale, ballistic tests were based on the NIJ Standard0101.04. Two types of ammunition were considered, i.e. 9mm Full Metal Jacket (FMJ) and .357 Magnum Jacketed Soft Point (JSP). The results demonstrated an enhancement close to 25% in ballistic penetration resistance, due combinated performance of aramid fabrics impregnated with STF and the epoxy system. Furthermore, considering only the addition of STF to the aramid fabrics through the improved dispersion technique, an enhacement close to 41% in ballistic performance was achieved. A normalized equation was proposed, which allows a comparative study between the effect of using non Newtonian fluids and the chest cavity trauma made by high speed projectiles, that has indicated that a combination between nanosilica and calcium carbonate could be a good option for a new type of STF even for expired aramid fibers, that can be used to design ballistic shields and vehicle protection systems |
| Subject: | Nanopartículas Materiais compostos Balística Engenharia mecânica |
| language: | Português |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| Rights: | Acesso Aberto |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AXVL9P |
| Issue Date: | 27-Apr-2016 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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