Compósitos de poli(acrilonitrila-co-butadieno-co-estireno) com nanotubos de carbono e/ou negro de fumo para blindagem eletromagnética

Abstract

Neste estudo, foram obtidos compósitos poliméricos condutores de eletricidade de poli(acrilonitrila-co-butadieno-co-estireno) (ABS) com nanotubos de carbono (CNT) e negro de fumo (NF) para aplicação em blindagem eletromagnética. Inicialmente, realizou-se um estudo visando a seleção de compósitos de ABS/CNT e ABS/NF com diferentes concentrações de aditivos condutores, produzidos por mistura em reômetro de torque seguido da moldagem por compressão, para aplicação em blindagem contra a radiação eletromagnética. Os resultados obtidos demonstraram que os compósitos de ABS/CNT e ABS/NF contendo 1, 3 e 5 %massa de aditivo apresentaram melhores relações entre as propriedades elétricas, eletromagnéticas e reológicas para aplicação desejada. Após, compósitos ternários de ABS/CNT/NF, com as concentrações previamente selecionadas, foram obtidos pelo mesmo procedimento utilizado nos compósitos binários. A análise comparativa entre os resultados apresentados pelos compósitos binários e ternários indicou que os valores de eficiência de blindagem eletromagnética (EMI SE) e condutividade elétrica são fortemente influenciados pela presença de CNT. Este comportamento está associado à maior razão de aspecto do CNT e menor limiar de percolação dos compósitos de ABS/CNT quando comparado aos compósitos de ABS/NF. Na última etapa do estudo, foi analisada a viabilidade de utilização do processo de fabricação por fusão de filamentos (FFF) na produção de peças poliméricas para blindagem eletromagnética. Observou-se que os parâmetros construtivos da técnica de FFF influenciam nos valores de condutividade elétrica, EMI SE, e propriedades mecânicas dos compósitos. Verificou-se que para as concentrações em massa de aditivo estudadas foi possível atingir valores de EMI SE de -16 dB para os compósitos de ABS/CNT/NF (95/2,5/2,5) %massa e ABS/CNT/NF (95/5/0) %massa. Estes resultados demonstram o potencial de utilização do processo de FFF na obtenção de peças de compósitos de ABS com NF e CNTs, para aplicações de blindagem eletromagnética.

Abstract : In this study, poly (acrylonitrile-co-butadiene-co-styrene) conductive polymer composites (ABS) with carbon nanotube (CNT) and carbon black (CB) for electromagnetic interference shielding, were obtained. Initially, a study was carried out aiming the selection of ABS/CNT and ABS/CB composites with different concentrations of conductive additives, produced by melt mixing in a torque-rheometer followed by compression molding, for application in electromagnetic shielding. The results showed that ABS/CNT and ABS/CB composites containing 1, 3 and 5 wt.%. of additive presented better balance between electrical, electromagnetic and rheological properties for the desired application. Afterwards, hybrid composites of ABS/CNT/CB, with the previously selected concentrations, were obtained by the same procedure used in the binary composites. The comparative analysis between the results presented by binary and hybrid composites indicated that the values of electromagnetic shielding (EMI SE) and electrical conductivity are strongly influenced by the presence of CNT. This behavior is related to the higher aspect ratio of CNT and lower percolation threshold of the ABS/CNT composites, when compared to ABS/CB composites. In the last phase of this study, the viability of using fused filament fabrication (FFF) for the production of polymeric parts for electromagnetic shielding was analyzed. It was observed that the constructive parameters of the FFF technique influence the values of electrical conductivity, EMI SE, and mechanical properties of the composites. It was confirmed that, for the studied concentrations, it was possible to reach an EMI SE of -16 dB for ABS/CNT/CB (95/2.5/2.5) wt.%. and ABS/CNT/CB (95/5/0) wt.%. These results demonstrate the potential of applying the FFF technic to obtain components or parts using composites of ABS with CB and CNT for electromagnetic shielding applications.