Caracterização elétrica e mecânica de materiais poliméricos com adição de nanotubos de carbono

Abstract

Compósitos são materiais formados por duas ou mais fases com a presença de uma fase contínua (matriz) e uma fase dispersa (carga ou reforço), cujas propriedades do material são distintas em relação aos componentes isolados. Os nanocompósitos também são materiais formados por matriz e cargas, nos quais um dos componentes deve ter ao menos uma dimensão nanométrica que faz com que haja maior interação entre a carga e a matriz, o que resulta em características diferenciadas em relação aos compósitos tradicionais. O Epóxi é um polímero leve e de fácil manuseio, e os nanotubos de carbono são partículas 1-D com excelentes propriedades mecânicas e altamente condutivas. Nanocompósitos de Epóxi com nanotubos de carbono buscam conciliar a leveza e a facilidade de manuseio do Epóxi com a melhoria das propriedades elétricas e mecânicas propiciadas pela adição dos nanotubos. Para melhor aproveitamento destas propriedades, a manipulação da mistura e a dispersão da carga na matriz são fatores críticos. Desta maneira, o objetivo deste trabalho é criar um nanocompósito com matriz de Epóxi e reforçado com nanotubo de carbono (NTC), que seja de fácil manuseio buscando-se melhoria de propriedades mecânicas e de condutividade elétrica em relação à matriz. Foram feitos ensaios de tração com corpos de prova com adição de 12% e 16% (m/m) de carga de NTC de parede dupla misturada manualmente, e com corpos de prova de resina pura, para comparação. As amostras de nanocompósito se mostraram mais frágeis que as amostras de Epoxi: tiveram menor deformação na ruptura, menor limite de resistência a tração, módulo de Youg inferior e se mostraram menos tenazes. Para medir a condutividade foram realizados dois testes: pelo método das duas pontas e a espectroscopia de impedância, com filmes de Epóxi puro e com filmes com carga de 12, 14 e 16% de NTC. Ambos os testes medem a resistência elétrica do material, a partir da qual se calcula a condutividade. Não foi possível medir a resistência nos filmes de Epóxi, motivo pelo qual se utilizou os valores encontrados na literatura. Os filmes com adição de NTC apresentaram ganho de condutividade de 5 ordens de grandeza em relação aos valores considerados para o Epóxi, o que classifica o nanocompósito como semicondutor. Entre os testes houve variação de duas ordens de grandeza, fato que pode ter ocorrido pelo teste das duas pontas utilizar corrente contínua e a espectroscopia utilizar corrente alternada, porém ambos registraram maior da condutividade com mais carga adicionada à resina. Em relação à manuseabilidade e processo de cura, o comportamento do nanocompósito atendeu às expectativas com adição de carga entre 12 e 16%.