Estudo de piezoresistividade em compósitos de borracha natural com polianilina e negro de fumo
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Data
2021-08-27
Autores
Orientador
Malmonge, José Antonio 
Coorientador
Pós-graduação
Ciência dos Materiais - FEIS
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Tese de doutorado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Compósitos condutores de matriz elastomérica têm se apresentado com uma nova alternativa para o desenvolvimento de sensores de pressão e deformação. Esses materiais agregam as propriedades elétricas atribuídas à fase condutora com a elevada elasticidade da matriz. A propriedade explorada nesses materiais para aplicações em sensores é piezoresistividade, que se trata da capacidade de um material responder com grandes variações de resistência quando estirados ou comprimidos. Nesse sentido, o presente trabalho teve por objeto principal sintetizar e caracterizar compósitos de borracha natural (BN) com polianilina (PAni) e negro de fumo (NF), pela técnica de polimerização in situ da anilina (An) na presença de látex de BN. O ácido dodecilbenzeno sulfônico foi utilizado como dopante, o persulfato de amônia foi utilizado como oxidante. Foram obtidos compósitos de BN/An e BN/An/NF com diferentes porcentagens de An e NF. Os valores de condutividade elétrica medidos para compósitos BN/An variaram entre (2,7±0,6)×10^(-5) S∙〖cm〗^(-1) e (4,9±0,3)×10^(-3) S∙〖cm〗^(-1), e para os compósitos de BN/An/NF entre (3,5±0,4)×10^(-4) S∙〖cm〗^(-1) e (9,7±0,7)×10^(-7) S∙〖cm〗^(-1). Quanto ao comportamento mecânico, obteve-se aumento nos módulos de tensão da BN em até 300% com a maior razão de PAni, em detrimento de uma redução na elongação de cerca de 60%. Foram realizados testes cíclicos nas taxas de deformação de 5, 10, 20 e 30 mm∙〖min〗^(-1), com 2,5, 5,0, 7,5 e 10,0% de deformação e em patamares de temperatura até 60°C, com a finalidade de avaliar a propriedade piezoresistiva das amostras em diferentes condições. As amostras BN4/An, BN8/An, BN6/An/5NF e BN8/An/5NF apresentaram estabilidade e reprodutibilidade em todas as variações realizadas. Entretanto, os compósitos contendo NF apresentaram melhor comportamento da resposta resistiva, obtendo até 10% de deformação os valores de GF iguais a 1,5 ± 0,2 e 2,2 ± 0,2 nas amostras BN6/An/5NF e BN8/An/5NF, respectivamente.
Resumo (inglês)
Conductive composites based on of elastomeric matrix has grown in importance as a new alternative to pressure and strain sensors. These materials aggregate the electrical properties attributed to the conductive phase with high matrix elasticity. The property explored in these materials for sensor applications is piezoresistivity, which is the ability of a material to respond with large variations in electrical resistance when stretched or compressed. In this sense, this work focused on the synthesis and characterization of natural rubber (NR)/polyaniline (PAni) and NR/PAni/carbon black (CB) composites, which were obtained by in situ polymerization of aniline (An) in the NR latex and NR latex/CB dispersion. Different NR/An mass ratio was investigated. Dodecylbenzene sulfonic acid and ammonium persulfate were used as dopant and oxidant, respectively. The electrical conductivity of the NR/PAni composites ranged from (2,7±0,6)×10^(-5) S∙〖cm〗^(-1) to (4,9±0,3)×10^(-3) S∙〖cm〗^(-1), and for NR/PAni/CB composites from (3,5±0,4)×10^(-4) S∙〖cm〗^(-1) to (9,7±0,7)×10^(-7) S∙〖cm〗^(-1). The tensile strength at break of the composites increased as the NR/An ratio decreased reaching around 300%, in relation to NR. On the other hand, the elongation at break decreases about 60%. The piezoresistive property of these composites was also investigated. Cyclic tests were performed on the deformation rates of 5, 10, 20 and 30 mm∙〖min〗^(-1), with 2,5, 5,0, 7,5 and 10,0% strain and at levels of temperature up to 60°C, in order to evaluate the piezoresistive property of the samples under different conditions. The samples NR4/An, NR8/An, NR6/An/5CB and NR8/An/5CB showed stability and reproducibility in all variations performed. However, the composites containing CB showed better behavior of the resistive response, obtaining up to 10% of deformation GF values equal to 1.5 ± 0.2 and 2.2 ± 0.2 in samples NR6/An/5CB and NR8/An/5CB, respectively.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português