Fabricação de compósitos de poli (fluoreto de vinilideno)/negro de fumo condutor (PVDF/NFC) por sinterização seletiva a laser

Abstract

A sinterização seletiva a laser (SLS) é um dos processos de manufatura aditiva, baseado na fusão em leito de pó, mais empregado para materiais poliméricos. Embora diversas pesquisas apontem a poliamida 12 (PA12) como sendo um dos materiais poliméricos mais utilizados no processo de SLS, porem cresce o interesse pela avaliação de outros materiais, com o objetivo de ampliar as possibilidades de aplicação deste processo de fabricação, neste contexto, materiais compósitos, como o poli (fluoreto de vinilideno)/negro de fumo condutor (PVDF/NFC), se apresentam como uma interessante alternativa a ser investigada. Visando compreender os efeitos causados pelos parâmetros que controlam o processo de SLS sobre propriedades elétricas e mecânicas de compósitos de PVDF/NFC este trabalho foi dividido em três etapas. Na primeira etapa foi realizada a caracterização das matérias-primas (PDVF e NFC), enquanto na segunda procurou-se investigar a influência dos parâmetros de processamento (potência do laser, velocidade de varredura e espaçamento entre linhas) na qualidade de amostras fabricadas com PVDF de uma camada só, em um equipamento SLS desenvolvido em laboratório. Na terceira etapa foram obtidas amostras com diferentes frações mássicas de NFC na matriz de PVDF com o objetivo de avaliar o efeito dos parâmetros de processo assim como as alterações na condutividade elétrica e correlacionar com propriedades mecânicas. Para a caracterização dos materiais e amostras foram utilizadas técnicas de calorimetria diferencial de varredura, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica, identificação de tamanho e distribuição de partícula, análise dimensional, condutividade elétrica e ensaios mecânicos. Os resultados evidenciaram que em potências de 15 W as partículas de PVDF come-çam a degradar. Foi observado que com o aumento da porcentagem de NFC, aumenta a porosidade e espessura das amostras PVDF/NFC. Fo-ram obtidos valores de condutividade elétrica em torno de 10-4 S/cm, módulo elástico em torno de 60 MPa e tensão máxima em torno de 23 MPa no compósito com adição de 0,5% de NFC, existindo um decrés-cimo das propriedades mecânicas para o compósitos com 1%NFC. Os resultados alcançados neste estudo evidenciaram ser possível fabricar compósitos de PVDF/NFC com valores de condutividade elétrica com-paráveis com o silício, evidenciando a potencialidade de sua fabricação pelo processo SLS.

Abstract : The selective laser sintering (SLS) is an additive manufacturing processes, based on fusion in bed of powder, more employed for polymeric materials. Although several polls point 12 polyamide (PA12) as being one of the most widely used polymeric materials in the process of SLS, but there is a growing interest in the evaluation of other materials, with the aim of expanding the possibilities of application of the manufacturing process, in this context, composite materials such as poly (vinylidene fluoride)/ conductive carbon black (PVDF/NFC), present as an interesting alternative to be investigated. In order to understand the effects caused by the parameters that control the SLS process on electrical and mechanical properties of composites of PVDF/NFC, this work was divided into three stages. In the first step the characterization of raw materials (PDVF and NFC), while in second sought to investigate the influence of the processing parameters (laser power, scan speed and line spacing) on quality of samples made of PVDF from one layer only, in a laboratory developed SLS. In the third step samples were obtained with different mass fractions of NFC in the array of PVDF with the purpose to evaluate the effect of the process parameters as well as the changes in the electrical conductivity and correlate with mechanical properties. For the characterization of materials and samples were used differential scanning calorimetry techniques, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, identification of particle size and distribution, dimensional analysis, electrical conductivity and mechanical tests. The results showed that in powers of 15W PVDF particles begin to degrade. It was observed that with the increased percentage of NFC, increases the porosity and thickness of samples PVDF/NFC. Electrical conductivity values were obtained around 10-4 S/cm, elastic modulus around 60 MPa and maximum tension around 23 MPa in the composite with addition of 0,5% and a decrease of NFC mechanical properties for composites with 1% NFC. The results achieved in this study showed that it is possible to fabricate composites of PVDF/NFC with values of electrical conductivity comparable to the silicon, demonstrating the potential of your SLS process manufacturing.