Obtenção e caracterização de compósitos nanoestruturados multifuncionais pelo uso de buckypapers como elemento resistivo
Nenhuma Miniatura disponível
Data
2019-07-02
Autores
Corredor, Jefersson Alexander Rojas [UNIFESP]
Orientadores
Rezende, Mirabel Cerqueira [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
The development of high-performance multifunctional composite materials has been related to the need to simultaneously improve a set of properties, i.e., mechanical, thermal and/or electrical features. The present project explores the possibility of reducing the energy used in the curing of thermosetting matrix composites, combining the concept of multifunctional composites with structural characteristics and, simultaneously, electromagnetic shielding. In this work, multi-walled carbon nanotubes were dispersed in water with the assistance of Triton - X100® surfactant aiming to obtain a homogeneous dispersion. The dispersion was filtrated under vacuum generating a thin nanostructured film called buckypapers (BP). The BP was characterized by X-ray diffractometry, Fourier Transformed Infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, electrical conductivity, adsorption of nitrogen gas at 77 K, morphological (transmission and scanning electron microscopies -SEM), and thermal (thermogravimetric – TGA and differential scanning calorimetry - DSC) analyses. From the BP preparation, three groups of laminates based on glass fiber (GF)/epoxy resin (ER) were manufactured. The first was based on the GF/ER prepregs and the second one involved the lamination of GF/ER and BP. Both groups were processed by hot compression molding. The third group of laminates (GF/ER/BP) was cured using BP as resistive element by the passage of electric current through the GF/ER prepreg. The laminated composites were characterized by SEM, TGA, DSC, dynamic mechanical analyses, interlaminar shear strength tests, compression shear tests, and impulse excitation technique. The electromagnetic behavior in the X and Ku-bands was evaluated by the complex parameters of electrical permittivity and reflectivity measurements. The results show the preparation of BP is more adequate by using acid-functionalized nanotubes and washed with acetone-isopropanol to ensure the removal of the surfactant from the nanotube network. The preparation of flexible BP was carried out by the assistance of an electrospun film based on polyacrylonitrile fibers. The characterization of the laminates shows that the use of the BP as resistive element is viable, curing the composites completely. The mechanical tests do not show significant gains in the processed laminates, but the reflectivity measurements present attenuation values between 30 and 70% in the X and Ku-bands.
O desenvolvimento de materiais compósitos multifuncionais de alto desempenho tem se relacionado à necessidade de aprimorar, simultaneamente, um conjunto de propriedades, sejam elas mecânicas, térmicas e/ou elétricas. O presente projeto explora a possibilidade da redução da energia utilizada na cura de compósitos laminados de matriz termorrígida, aliando o conceito de compósitos multifuncionais com características estruturais e, simultaneamente, blindagem eletromagnética. Neste trabalho, nanotubos de carbono de paredes múltiplas foram dispersos em água com o auxílio do surfactante Triton - X100®, com o intuito de se obter uma dispersão homogênea. A dispersão foi filtrada a vácuo, de modo a se obter filmes finos de nanotubos de carbono, chamados de buckypapers (BP). Os BP foram caracterizados por difratometria de raios X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia Raman, condutividade elétrica, adsorção de gás nitrogênio a 77 K, análises morfológicas (microscopia eletrônica de transmissão - TEM e de varredura - SEM) e térmicas (termogravimetria - TGA e calorimetria exploratória diferencial - DSC). A partir da obtenção dos BP foram preparados três famílias de laminados com pré-impregnados de fibra de vidro (FV)/resina epóxi (RE). A primeira obtida pela laminação de pré-impregnados de FV/RE. A segunda pela laminação de FV/RE e filmes de BP, ambas famílias processadas por moldagem por compressão a quente. Na terceira família, os compósitos de FV/RE/BP foram curados utilizando o BP como elemento resistivo, a partir da passagem de corrente elétrica pelo mesmo. Os compósitos laminados foram caracterizados por meio de análises de SEM, TGA, DSC, análises dinâmico-mecânicas, ensaios de resistência ao cisalhamento interlaminar e cisalhamento por compressão, ensaios de vibração via excitação por impulso e o comportamento eletromagnético nas bandas X e Ku, por meio de medidas dos parâmetros complexos da permissividade elétrica e medidas de refletividade. Os resultados mostram que a preparação dos BP é mais adequada pelo uso de nanotubos funcionalizados com solução ácida e lavados com acetona-isopropanol, para garantir a remoção do surfactante da rede de nanotubos. A obtenção de BP flexíveis foi obtida pelo uso de um filme eletrofiado de fibras de poliacrilonitrila. A caracterização dos laminados mostra que o uso dos BP como elemento resistivo é viável, curando os compósitos completamente. Os ensaios mecânicos não mostram ganhos significativos nos laminados processados, mas as medidas de refletividade apresentam valores de atenuação entre 30 e 70% nas bandas X e Ku.
O desenvolvimento de materiais compósitos multifuncionais de alto desempenho tem se relacionado à necessidade de aprimorar, simultaneamente, um conjunto de propriedades, sejam elas mecânicas, térmicas e/ou elétricas. O presente projeto explora a possibilidade da redução da energia utilizada na cura de compósitos laminados de matriz termorrígida, aliando o conceito de compósitos multifuncionais com características estruturais e, simultaneamente, blindagem eletromagnética. Neste trabalho, nanotubos de carbono de paredes múltiplas foram dispersos em água com o auxílio do surfactante Triton - X100®, com o intuito de se obter uma dispersão homogênea. A dispersão foi filtrada a vácuo, de modo a se obter filmes finos de nanotubos de carbono, chamados de buckypapers (BP). Os BP foram caracterizados por difratometria de raios X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia Raman, condutividade elétrica, adsorção de gás nitrogênio a 77 K, análises morfológicas (microscopia eletrônica de transmissão - TEM e de varredura - SEM) e térmicas (termogravimetria - TGA e calorimetria exploratória diferencial - DSC). A partir da obtenção dos BP foram preparados três famílias de laminados com pré-impregnados de fibra de vidro (FV)/resina epóxi (RE). A primeira obtida pela laminação de pré-impregnados de FV/RE. A segunda pela laminação de FV/RE e filmes de BP, ambas famílias processadas por moldagem por compressão a quente. Na terceira família, os compósitos de FV/RE/BP foram curados utilizando o BP como elemento resistivo, a partir da passagem de corrente elétrica pelo mesmo. Os compósitos laminados foram caracterizados por meio de análises de SEM, TGA, DSC, análises dinâmico-mecânicas, ensaios de resistência ao cisalhamento interlaminar e cisalhamento por compressão, ensaios de vibração via excitação por impulso e o comportamento eletromagnético nas bandas X e Ku, por meio de medidas dos parâmetros complexos da permissividade elétrica e medidas de refletividade. Os resultados mostram que a preparação dos BP é mais adequada pelo uso de nanotubos funcionalizados com solução ácida e lavados com acetona-isopropanol, para garantir a remoção do surfactante da rede de nanotubos. A obtenção de BP flexíveis foi obtida pelo uso de um filme eletrofiado de fibras de poliacrilonitrila. A caracterização dos laminados mostra que o uso dos BP como elemento resistivo é viável, curando os compósitos completamente. Os ensaios mecânicos não mostram ganhos significativos nos laminados processados, mas as medidas de refletividade apresentam valores de atenuação entre 30 e 70% nas bandas X e Ku.