Avaliação da eficiência de blindagem eletromagnética em compósitos de poliuretano termoplástico e aditivos à base de negro de fumo, polipirrol e nanotubos de carbono

Abstract

Neste trabalho, compósitos híbridos de poliuretano termoplástico (TPU) com negro de fumo condutor modificado com polipirrol (NFC-PPy) e nanotubos de carbono (NTC) foram produzidos a partir da mistura por fusão em um reômetro de torque. Compósitos condutores de TPU/NFC-PPy e TPU/NTC foram também preparados para investigar o efeito sinérgico dos aditivos condutores (NFC-PPy/NTC) na eficiência de blindagem eletromagnética. A estrutura e propriedades das misturas de TPU/NFC-PPy, TPU/NTC e TPU/NFC-PPy/NTC, bem como dos aditivos condutores, foram avaliadas por medidas de condutividade elétrica, microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (SEM-FEG), índice de fluidez (MFI), análises reológicas, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), e ensaios de blindagem contra a interferência eletromagnética (EMI SE). O compósito de TPU/NTC apresentou uma transição de comportamento isolante-condutor muito acentuada e limiar de percolação elétrico de 1 % em massa de NTC, o qual é significantemente menor do que o valor encontrado para o compósito de TPU/NFC-PPy (7%m). Além disso, os valores de eficiência eletromagnética para os compósitos de TPU/NTC são maiores do que para os compósitos de TPU/NFC-PPy devido a formação de uma rede condutora mais densa de NTC na matriz de TPU. Além disso, os compósitos híbridos, com maiores frações de NTC, apresentam maiores valores de condutividade elétrica, assim como eficiência contra a interferência eletromagnética, do que os compósitos contendo apenas NFC-PPy incorporado na matriz de TPU. Apesar de não haver efeito sinérgico entre o NTC e NFC-PPy na matriz de TPU, o presente estudo demonstrou que os compósitos híbridos contendo 8 % em massa da mistura de NFC-PPy/NTC têm potencial para serem usados como novos materiais condutores em aplicações para a blindagem eletromagnética na faixa de frequência da Banda X.

Abstract : Conductive hybrid polymer composites based on thermoplastic polyurethane (TPU), carbon black modifed with polypyrrole (CB-PPy) and carbon nanotubes (CNT) were prepared through melt mixing prossess in an internal mixer. In order to investigate the synergistic effect of CB-PPy/CNT on the electromagnetic shielding effectiveness (EMI SE), TPU/CB-PPy and TPU/CNT were also prepared. The structure and properties of the composites TPU/CB-PPy, TPU/CNT, TPU/CB-PPy/CNT and the conductive fillers were evaluated by electrical conductivity measurements, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), melt flow index (MFI), rheological analysis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and EMI SE assays. The TPU/CNT composites display a very sharp insulator-conductor transition and the electrical percolation threshold was about 1 wt% of CNT, which was significantly lower than that found for TPU/CB-PPy (7 wt%). Moreover, EMI SE values of TPU/CNT composites were higher than those found for TPU/CB-PPy due to the denser conductive network formation of CNT into TPU matrix. In addition, the hybrid composites with higher CNT wt% presented higher electrical conductivity and EMI SE values. Although, there were no evidences of synergistic effects among the fillers, the present study demonstrated the potential use of hybrid polymer composites containing 8 wt% of CB-PPy/CNT as new promising conductive material for electromagnetic shielding in the X band frequency region.