Estudo do comportamento de estruturas fibrosas com base em materiais com memória de forma e elastómeros

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Main Author: Medeiros, José Ivan
Publication Date: 2013
Language: por
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/1822/28786
Summary: Tese de doutoramento em Engenharia Têxtil
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spelling Estudo do comportamento de estruturas fibrosas com base em materiais com memória de forma e elastómeros677.01Tese de doutoramento em Engenharia TêxtilO presente trabalho objetiva alargar as fronteiras do conhecimento acerca do comportamento de estruturas fibrosas utilizando materiais com memória de forma e elastómeros, na produção de estruturas dinâmicas, capazes de responder a situações específicas de variação de temperatura, assumindo determinadas geometrias, de acordo com as necessidades da aplicação. Foi estudada a aplicação de fios com base em ligas com memória de forma, nomeadamente a liga Níquel-Titânio - NiTi, deformadas na forma de laçadas normal, carregada e flutuante, na produção malhas de trama com comportamento dinâmico, em função da temperatura do ambiente exterior. Os fios de memória de forma foram igualmente combinados com fios elastoméricos a fim de se entender a influência do comportamento inverso dos dois materiais no desempenho de estruturas de malha. Inicialmente foram estudadas as propriedades dos fios de NiTi no que tange à sua tricotabilidade. Os resultados obtidos demonstram que os fios de NiTi possuem coeficiente de atrito compatível com o processo de tricotagem, tanto em superfícies de aço inox, bem como em cerâmica, correspondente aos guia-fios e demais superfícies das máquinas de malharia em que os fios têm contato. Por outro lado, os valores correspondentes ao comportamento em flexão e à tração, indicaram dificuldades no processamento por parte das máquinas de tricotagem, essencialmente quando se trata de estruturas muito densas e de reduzido comprimento de laçada. Este facto verificou-se pela baixa elasticidade e elevada rigidez á flexão dos fios ensaiados. Resultados acerca da energia disponível para realização de trabalho de movimentação da estrutura fibrosa, para fios de NiTi, com diferentes diâmetros e forma de laçada, mostraram que a energia disponível depende diretamente do diâmetro e da forma que se encontra deformado, evidenciado pelos fios de 210 μm de diâmetro em forma de laçadas carregadas, que apresentaram dispor de maior energia disponível. Por outro lado, o fio de 127 μm apresentou considerável energia disponível para realização de trabalho para as diferentes estruturas estudadas, bem como melhores propriedades de tricotabilidade, quando em comparação com os demais estudados. Resultados a cerca da combinação de fios de NiTi de 127 μm com elastómeros, indicou que mais que 1 fio de elastómero com densidade linear acima de 185 dtex apresenta elevada resistência mecânica para ser movimentado por apenas 1 fio de NiTi. Resultados dos estudos acerca da utilização de fios de NiTi em estruturas de malha de trama, mostraram que à medida que se aumentou a densidade de fileiras de NiTi na estrutura, houve uma inversão nas propriedades de elasticidade das malhas, fazendo com que aumentasse a elasticidade no sentido das colunas, e reduzisse no sentido das fileiras. Os estudos conduzidos acerca da combinação de fios com memória de forma e elastómeros em estruturas tubulares sobre as propriedades de compressão, mostraram que em os fios de NiTi utilizados nas estruturas não possuíam energia suficiente para mover a estrutura base, evidenciado por pequenas variações percentuais na compressão das estruturas quando postos em presença de calor a 85° C. Finalmente, a realização deste trabalho conduz a um conjunto de pesquisas futuras no sentido de alargar as fronteiras do conhecimento neste campo do domínio, às quais se enumera estudar a utilização de polímeros com memória de forma e elastómeros na produção de estruturas tridimensionais dinâmicas; melhorar as propriedades de tricotabilidade dos fios metálicos através do recobrimento dos fios; e estudar o desenvolvimento de estruturas auxéticas com efeitos de memória de forma.The present research aims to extend the knowledge borders about the behaviour of fibrous structures using shape memory materials and elastomers in the production of dynamic structures able of responding to specific situations of temperature changes, assuming certain geometries, according to application needs. Were studied the application of shape memory alloy wires, especially the Nickel-Titanium alloy - NiTi, deformed in stitch, tuck and miss loop types, in the production of dynamic weft knitting structures, as a function of the temperature. The shape memory wires have also been combined with elastomeric yarns in order to understand the influence of the opposite behaviour for both materials on the performance of the knitted structures. Initially were studied the NiTi wires properties for knitting process. The obtained results for friction on stainless steel and ceramic surfaces, corresponding to yarn guide surfaces and other knitting machines parts in which the wires are in contact, show that the NiTi wires have compatible coefficient of friction for the knitting process. On the other hand, the values corresponding to the behaviours in bending and tension, suggest difficulties in processing NiTi wires by the knitting machines, particularly in production of dense structures and reduced length loops. This was verified by the low elasticity and high bending stiffness of the wires tested. Results obtained for three different types of NiTi wires showed that the available energy to move the fibrous structure is directly dependent of the diameter and shape in which the wire is deformed. This was evidenced by the wire with 210 μm diameter deformed as a tuck loop, which showed to have higher available energy. On the other hand, for the different wires studied, the 127 μm NiTi wire showed to have considerable energy able to work, as well as best knitting properties when compared with other studied. Results for the combination of NiTi wires with elastomers indicated that more than one elastomeric yarn in with linear density over 185 dtex has high mechanical strength to be moved by only one 127 μm NiTi wire. Results of studies about the use of NiTi wires in weft knitted structures, showed that increasing the density of NiTi rows in the structure, leads to a reversal in the elastic properties of the knit structures, increasing elasticity in the direction of the columns, and reducing in the direction of the rows. Studies on the combination of shape memory alloy wires and elastomers yarns in tubular structures over compression properties showed that the NiTi wires used in the structures had not enough energy to move the base structure, as evidenced by small variations in the compression percentage of the structures when placed in the presence of heat to 85° C. Finally, this work leads to a set of future researches which leads to expand the knowledge frontiers in this field domain. It leads to be investigated the use of shape memory polymers and elastomers in the production of dynamic three-dimensional structures; as well as improve knitting properties of the wires through recoating the wire; and finally, study the development of auxetic structures with shape memory effects.Fangueiro, RaúlUniversidade do MinhoMedeiros, José Ivan2013-11-122013-11-12T00:00:00Zdoctoral thesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/28786por101359071info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2024-05-11T05:56:32Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/28786Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-28T15:35:34.766380Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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