Estabilização termo-oxidativa de fibras de policrilonitrila: modelagem e simulação, aplicação de redes neurais e analise experimental do processo

Autor(es)

Andrea Milene Apolinario Rosa Costa

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Quimica
• Data de defesa: 2003-12-15

Membros da banca

Sergio Persio Ravagnani; Edison Bittencourt; Leila Peres; Jose Luis Gomes da Silva

• Orientador: Sergio Persio Ravagnani; Antonio Pascoal Del'Arco Junior

Resumo

Foi realizado no presente trabalho um estudo sobre a estabilização termo-oxidativa das fibras de poliacrilonitrila (P AN). A etapa de estabilização termo-oxidativa das fibras precursoras é limitante no processo de fabricação de fibras de carbono, envolvendo reações químicas complexas e mudanças na estrutura física das fibras. Desta forma, é de grande importância ampliar o conhecimento sobre a estabilização termo-oxidatíva, para urna melhor compreensão dos fenômenos envolvidos e busca de parâmetros que permitam ampliar a qualidade e diminuir o custo do processo. Os objetivos deste trabalho foram analisar a etapa de estabilização termo-oxidativa das fibras P AN através de um modelo matemático para os fenômenos que ocorrem durante a transformação de P AN em fibras estabilizadas oxidativamente (P ANOX), simular os resultados e comparar os dados simulados com os dados experimentais, para verificar o ajuste do modelo. Foi desenvolvido um modelo matemático para a etapa de estabilização de uma fita de fibras PAN. As equações do modelo descrevem as principais reações químicas de estabilização, a difusão de oxigênio e a transferência de calor na fita. Para a resolução do modelo foi desenvolvido um programa computacional na linguagem Fortran, utilizando os métodos de Colocação Ortogonal e Runge-Kutta Semi-implícito. Foram obtidos resultados de perfis de temperaturas e de composições na fita de fibras P AN em função do tempo de estabilização e da posição na espessura da fita. Um modelo de Redes Neurais foi proposto a partir do conjunto de dados obtidos pela simulação da etapa de estabilização de feixes e de fitas de fibras P AN. As redes encontradas ajustaram de modo bastante satisfatório o conjunto de dados fornecido. A estabilização experimental de fitas de fibras P AN foi conduzi da em um forno existente no Laboratório de Divisão de Materiais do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) do Centro Técnico Aeroespacial (CT A). Os perfis de temperatura do forno e da fita de fibras foram determinados utilizando-se termopares acoplados ao conjunto de fibras e em cada zona do forno. Algumas amostras da fita foram retiradas durante o processo para a caracterização, utilizando-se as técnicas de análise elementar orgânica e ressonância magnética nuclear, para a determinação da composição das fibras, além da determinação da massa específica para o acompanhamento da qualidade da estabilização. A fibra P ANOX obtida apresentou massa específica de 1,4 g/cm3, o que confirma a eficiência da estabilização. As diferenças observadas entre as respostas simuladas e experimentais (tanto para os perfis de temperatura quanto para os perfis de composições da fita), indicaram que o modelo fenomenológico utilizado representa razoavelmente bem o processo (AU)

• Processo FAPESP: 00/03007-6 - Otimização da estabilização termo-oxidativa de fibras de poliacrilonitrila (PAN) no processo de fabricação de fibras de carbono
• Beneficiário: Andréa Milene Apolinário Rosa Costa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado