A influência do buckypaper de grafeno, nanotubos de carbono e híbrido nas propriedades mecânicas do compósito PAEK/Fibra de carbono

Abstract

Os compósitos consistem na união de dois ou mais materiais, resultando em um material com elevada razão rigidez/resistência e baixa massa específica. O compósito polimérico se destaca na indústria aeroespacial devido às suas elevadas propriedades mecânicas e a facilidade de moldá-lo em formas mais complexas. Com o intuito de otimizar as propriedades, a incorporação de nanopartículas tem se destacado. Neste trabalho, mantas eletrofiadas de poli (éter imida) (PEI) a partir da técnica de eletrofiação foram utilizadas como substrato para sustentação dos buckypapers (BP) de nanotubos de carbono (CNTs), de grafeno e híbrido, ambos processados via filtragem a vácuo, sendo as respectivas morfologias caracterizadas a partir da microscopia eletrônica de varredura. Os polímeros e semipregs utilizados para o processamento dos compósitos foram analisados a partir das técnicas de termogravimetria (TGA) e calorimetria exploratória diferencial (DSC) e os parâmetros de processamento foram definidos a partir dos resultados obtidos. As mantas eletrofiadas de PEI apresentam homogeneidade em sua morfologia e isenção de defeitos como gota e gota explodida. A morfologia dos BPs evidenciam que as nanopartículas foram dispersas de forma adequada, sem a presença de aglomerados. Os filmes obtidos apresentam a porosidade característica deste material e, aparentemente, a ultrassonificação não ocasionou danos às estruturas das nanopartículas. A partir dos resultados provenientes das análises térmicas e das informações disponíveis em literatura, o ciclo de processamento dos compósitos via moldagem por compressão a quente foi definido. Além disso, foram realizados os ensaios mecânicos: Interlaminar Shear Strength (ILSS), Compression Shear Test (CST) e excitação por impulso. Logo, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência dos buckypapers produzidos nas propriedades mecânicas do compósito PAEK/FC. Por fim, o ensaio de excitação por impulso demonstrou que o material com buckypaper híbrido apresentou o maior módulo de elasticidade se comparado aos demais materiais analisados. Já no ensaio de DMA, o os buckypapers não influenciaram de forma significativa nas propriedades viscoelásticas do material, esta característica não está de acordo com os resultados encontrados em outros trabalhos da literatura. Por fim, os ensaios de ILSS e CST demonstram que o buckypaper prejudicou o comportamento mecânico do material puro. Tal fato, pode estar relacionado com a baixa adesão entre o BP e a matriz, como visto nas análises fractográficas

Composites are made up of the union of two or more materials associating the best properties of each constituent and therefore results in a high performance material. The polymeric composite has an important role in the aerospace industry due to its high mechanical properties and the ease of molding this material into more complex shapes. In this context, in order to further optimize properties, nanostructured composites have emerged, i.e., composites in which at least one of its constituents is on a nanometer scale. To facilitate the handling of buckypapers, electro-woven poly(ether imide) (PEI) blankets were processed from the electro-spinning technique and, subsequently, were used in the processing of carbon nanotube (CNTs), graphene and hybrid buckypapers (BP), both processed via vacuum filtration and their morphologies characterized from scanning electron microscopy. The polymers and semipregs used for processing the composites were analyzed from the techniques of thermogravimetry (TGA) and differential exploratory calorimetry (DSC) and the processing parameters were defined from the results obtained. The electro-woven PEI mats show homogeneity in their morphology and freedom from defects such as drop and exploded drop. The morphology of the BPs shows that the nanoparticles were dispersed adequately, without the presence of agglomerates. The films obtained present the characteristic porosity of this material and, apparently, the ultrasonication did not cause damage to the nanoparticles structures. Based on the thermal analysis results and on the information available in literature, the processing cycle of the composites via hot compression molding was defined. In addition, the following mechanical tests were performed: Interlaminar Shear Strength (ILSS), Compression Shear Test (CST) and impulse excitation. Therefore, the objective of this work was to evaluate the influence of the produced buckypapers on the mechanical properties of the PAEK/FC composite. Finally, the impulse excitation test showed that the material with hybrid buckypaper had the highest modulus of elasticity compared to the other materials analyzed. In the DMA test, buckypapers did not significantly influence the viscoelastic properties of the material, which is not in agreement with the results found in other works in the literature. Finally, the ILSS and CST tests show that buckypapers impaired the mechanical behavior of the pure material. Such fact, may be related to the low adhesion between the BP and the matrix, as seen in the fractographic analyses.