Nanocompósitos poliméricos contituídos de epóxi e nanotubo de carbono

Abstract

Materiais compósitos têm se mostrado como grande área de desenvolvimento em novos materiais, a tendência ganha investimento uma vez que as propriedades finais do composto podem ser projetadas e controladas pelos processos de fabricação escolhidos. Quando um dos componentes usados na mistura apresenta dimensões nanométricas, considera-se o produto final como um nanocompósito. As resinas epóxi, polímeros termorrígidos utilizados como adesivos e componentes estruturais devido à sua boa resistência térmica, se mostram como matrizes promissoras para desenvolvimento de materiais compósitos. Da classificação dos nanomateriais os nanotubos de carbono (NTC) são estudados como de reforços para desenvolvimentos de nanocompósitos, devido a sua elevada razão de aspecto e boas propriedades mecânicas e também elétricas, as quais podem resultar num compósito com características mecânicas elevadas e elétricas condutoras. Desta maneira esse trabalho pretende estudar a influência dos NTCs na resina termofixa epóxi. Para tal propõe-se o desenvolvimento do nanocompósito pela dispersão mecânica, com a incorporação de reforço nas porcentagens de 12%, 14% e 16%, sendo a porcentagem inferior definida após atingida a manuseabilidade do nanocompósito e a porcentagem superior definida no limite de incorporação de reforço. Após as análises realizadas da morfologia observa-se a formação de redes de percolação, especialmente na maior concentração avaliada, na análise térmicas é identificado um deslocamento de 15 ºC negativos na temperatura de transição vítrea nas concentrações de 14% e 16%. Após os ensaios mecânicos as tensões médias de ruptura encontradas para o epóxi puro, nanocompósito com 12% de NTC e com 16% de NTC são, respectivamente: 40 MPa, 15 MPa, 5 MPa, já os módulos de elasticidade atribuídos são 22 kPa, 9 kPa e 16 kPa. Considerando os resultados obtidos nas análises elétricas é possível afirmar a ultrapassagem do limite de percolação, sendo os maiores valores de condutividade elétrica atribuídos à concentração de 16%, 8,4 S/m obtidos pelo método de impedância de duas pontas e 2,8 S/m na espectrometria de impedância, valores superiores a resina pura em 10 ordens de grandeza.

Composite materials are a promising development area when it comes to new materials, this tendency draws attention mostly because the final properties of the material can be designed and controlled by the fabrication processes chosen. When one of the components used on the composite has nanometric dimensions the final material can be named nanocomposite. The epoxy resins are thermoset polymers used as adhesives and structural components due to its high thermo resistance, they are also known as good a good matrix for composite materials. From the nanomaterials the Carbon Nanotubes (NTC) are one of the most studied filling materials due to their high aspect ratio, good mechanical properties and electrical properties, those properties can result in a composite with enhanced mechanical and electrical properties. Therefore, this work aims to study the influence of the NTCs on the thermoset resin. To do so nanocomposites are developed by mechanical mixing and the percentages of filling chosen are 12%, 14% and 16%, the inferior percentage is defined after the material reaching a consistency that allows hand manipulation and the upper percentage defined at the limits of filling incorporation. After the performed analysis, it’s observed the presence of a percolation net, most visible in the upper concentration of filling, from the thermal analysis the glass transition temperature was dislocated 15 ºC in the negative direction for the 14% and 16% nanocomposites. The mechanical analysis performed resulted in the flowing mean failure strength 40 MPa, 15 MPa, 5 MPa and Young’s module of 22 kPa, 9 kPa e 16 kPa for the net epoxy, 12% NTC and 16% NTC respectively. It is possible to affirm the trespassing of the percolation threshold wen observed the results from the electrical analysis, the biggest value for electrical conductivity was found at the higher filling concentration, for the two-pronged impedance 8,4 S/m and 2.8 S/m from the impedance spectrometry. When compared to the net epoxy those values shown an improvement of the 10th order in the electrical conductivity.