Compósitos poliméricos eletricamente condutores de poli (fluoreto de vinilideno) com aditivos carbonáceos para blindagem contra interferência eletromagnética

Abstract

Neste trabalho, foram obtidos compósitos poliméricos eletricamente condutores (CPECs) com matriz de poli (fluoreto de vinilideno) (PVDF) e diferentes aditivos carbonáceos condutores, tais como, nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTC), nanoplaquetas de grafeno (GnP) ou negro de fumo (NF). Foi avaliada a influência da concentração e morfologia dos aditivos condutores frente às propriedades elétricas, reológicas e eficiência de blindagem eletromagnética dos compósitos. Determinadas concentrações de aditivos foram misturadas com líquido iônico (LI) trifluorometanossulfonato de 1-butil-3-metilimidazólio ([BMIM][Otf]) e adicionadas à matriz de PVDF para verificar o efeito nas propriedades eletromagnéticas dos compósitos. As análises dos espectros obtidos por espectroscopia Raman evidenciaram que o LI apresenta maior interação com NTC e NF do que com GnP. O compósito de PVDF/NTC apresentou menor limiar de percolação elétrico (pc = 0,5 %m) e maior eficiência de blindagem (SE), quando comparados aos compósitos com NF e GnP, atingindo SE de 90 dB com 7 e 10 %m do aditivo. Embora o compósito PVDF/GnP tenha apresentado menor valor de pc (1,5 %m) comparado à PVDF/NF (3 %m), os CPECs com NF apresentaram maior potencial para serem utilizados na blindagem contra interferência eletromagnética, atingindo valores de SE duas vezes maiores do que os CPECs contendo GnP em todas as concentrações estudadas. A incorporação de LI induziu um aumento da condutividade elétrica dos compósitos PVDF/GnP em até 4 ordens de grandeza quando comparados aos compósitos com mesma concentração de GnP sem a presença de LI. Para o compósito de PVDF/NF, a adição de LI promove o aumento em até 6 ordens de grandeza quando a concentração do aditivo carbonáceo está próxima ao limiar de percolação do compósito. A adição de LI não alterou a condutividade elétrica e eficiência de blindagem contra interferência eletromagnética dos compósitos de PVDF/NTC, entretanto a eficiência de blindagem para o compósito de PVDF/3%mNF aumentou de aproximadamente -10 dB para -20 dB com a adição de LI. Os resultados apresentados neste estudo demonstraram que o LI tem grande potencial de ser usado como agente dispersante de aditivos condutores na matriz de polímeros isolantes, de modo a aumentar a eficiência contra a interferência eletromagnética de CPECs.

Abstract : In this work, electrically conductive polymer composites (ECPCs) based on poly (vinylidene fluoride) (PVDF) matrix loaded with different conductive carbonaceous fillers, such as multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), graphene nanoplatelets (GnP) or carbon black (CB) were obtained. The influence of the concentration and morphology of the conductive fillers were evaluated against electrical, rheological and electromagnetic shielding properties of the composites. Certain concentrations of the pristine fillers were mixed with ionic liquid (IL) 1-butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonate ([BMIM][Otf]), and added to the PVDF matrix to verify the effect on the electromagnetic properties of the composites. The Raman spectroscopy analyzes have evidenced that the IL has higher interaction with MWCNT and CB than with GnP filler. The PVDF/MWCNT composite showed lower electrical percolation threshold (pc = 0.5 wt.%) and higher shielding effectiveness (SE), in comparison to the CB and GnP composites, reaching SE of -90 dB with 7 and 10 wt.% of MWCNT. Although the PVDF/GnP composite presented a lower value of pc (1.5 wt.%) compared to PVDF/CB (3 wt.%), the ECPCs loaded with CB presented greater potential to be used as electromagnetic interference shielding material, reaching SE values twice as high as ECPCs filled with GnP at all studied concentrations. The incorporation of IL induced an increasing on electrical conductivity of the GnP-loaded composites, increasing up to four orders of magnitude when compared to the composites with the same concentration of GnP without IL. For PVDF/CB composite, the addition of IL promotes the increase in up to six orders of magnitude when the concentration of the carbonaceous filler is close to the percolation threshold of the composite. The addition of IL did not modify the electrical conductivity and electromagnetic shielding properties of the PVDF/MWCNT composites, however, the shielding effectiveness for the PVDF/3wt.% CB composite increased from about -10 dB up to -20 dB with the addition of IL. The results showed in this study demonstrated that the IL has big potential as dispersive agent of conductive fillers in polymeric insulation matrix, in order to increase the shielding effectiveness against electromagnetic interference of the ECPCs.