Obtenção de compósitos carbono/carbono a partir de matrizes termoplásticas

Abstract

Compósitos Carbono/Carbono (C/C) são aqueles que possuem matriz carbonosa reforçada com fibras de carbono. São obtidos através de compósitos de matriz polimérica, por meio do tratamento térmico de carbonização, mas também podem ser obtidos através de matrizes termorrígidas. O objetivo deste trabalho é produzir o material compósito C/C a partir de três compósitos termoplásticos diferentes (PEEK/FC, LMP/FC e PEKK/FC), bem como comparar estes materiais com compósitos C/C obtidos a partir de matrizes termorrígidas. Tal comparação foi substanciada através de análises de Termogravimetria (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Análise Termomecânica (TMA), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios-X (DR-X), Resistência ao Cisalhamento Interlaminar (ILSS), Cisalhamento Interlaminar por Compressão (CST) e Voltametria Cíclica. Neste trabalho, o TGA mostrou que o processo proposto apresenta menor perda de massa, resultando em maior rapidez e menor custo em relação àquele realizado com predecessores termorrígidos. As análises de DSC forneceram a base para se estabelecer as diferentes taxas de aquecimento durante o processo de carbonização, considerando as temperaturas obtidas nos compósitos antes da realização do processo. O TMA mostrou que os compósitos C/C obtidos possuem coeficientes de expansão térmica similares, que são pequenos, mostrando que estes mantêm suas dimensões praticamente intactas quando submetidos a elevadas temperaturas. Através das imagens do MEV foi possível analisar o processo de carbonização, que foi considerado bom devido a presença de poros nas amostras após o processo, indicando a saída de voláteis dos compósitos. O ensaio de DR-X mostrou, através da comparação dos dados obtidos com uma amostra de carbono da literatura, somente a angulação característica do carbono nas amostras de C/C, comprovando que nestas há somente a presença deste elemento. Os ensaios de ILSS e CST apresentaram resultados de resistência ao cisalhamento interlaminar e de resistência ao cisalhamento interlaminar aparente baixos, devido ao fato de o comportamento dos compósitos C/C se ser semelhante ao de materiais cerâmicos, levando em conta sua constituição ser apenas de carbono. Finalmente, análises de Voltametria Cíclica foram feitas nos eletrodos de C/C. Através de uma comparação com o eletrodo de referência de Platina, os eletrodos de C/C provaram ser adequados para esta aplicação, mostrando boa reversibilidade quando comparados ao eletrodo de referência.

Carbon/Carbon composites (C/C) are those that have carbonaceous matrix reinforced with carbon fibers. They are obtained through composites of polymer matrix, through the heat treatment of carbonization, but they can also be obtained through thermoset matrices. The objective of this work is to produce the C/C composite material from three different laminated thermoplastics (PEEK/CF, LMP/CF and PEKK/CF), as well as to compare these materials with C/C composites obtained from thermoset matrices. This comparison was substantiated by analysis of Thermogravimetry (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermomechanical Analysis (TMA), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (X-RD), Interlaminar Shear Strength (ILSS), Compression Shear Test (CST) and Cyclic Voltammetry. In this work, the TGA showed that the proposed process presents a smaller loss of weight, resulting in a faster and cheaper process in relation to that performed with thermoset predecessors. The DSC tests provided the basis for establishing the different heating rates during the carbonization process, considering the temperatures obtained in the composites before the process was carried out. The TMA showed that the obtained C/C composites have similar thermal expansion coefficients, which are small, showing that their dimensions are maintained practically intact when subjected to high temperatures. Through the images of the SEM it was possible to analyze the carbonization process, which was considered good due to the presence of pores in the samples after the process, indicating the volatile output of the composites. The X-RD showed, by comparing the data obtained with a carbon sample from the literature, only the carbon characteristic angulation in the samples of C/C, proving that in these there is only the presence of this element. The tests of ILSS and CST presented low results of resistance to shear interlaminar and resistance to the shear apparent interlaminar, due to the fact that the behavior of the C/C composites be similar with ceramic materials, considering that its constitution is only of carbon atoms. Finally, Cyclic Voltammetry analyzes were performed on the C / C electrodes. Through a comparison with the reference electrode of Platinum, C/C electrodes proved to be adequate for this application, showing good reversibility when compared to the reference electrode.