Caracterização das propriedades mecânicas, térmicas e elétricas de nanocompósito de borracha natural vulcanizada com nanotubo de carbono de paredes múltiplas - Melo, Diego Silva de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
Os materiais poliméricos são altamente valorizados pela sociedade devido às suas notáveis propriedades mecânicas, leveza, moldabilidade e economia. Quando combinados com outros materiais, os polímeros podem formar compósitos que ampliam sua gama de aplicações. Neste sentido, o presente estudo tem como objetivo a preparação de um nanocompósito polimérico condutor em borracha natural (BN) com nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT). Para produzir os nanocompósitos, mantiveram-se fixas as quantidades de BN e agentes vulcanizantes, variando-se apenas as quantidades de MWCNT (de 1 a 7 phr). Após obter os nanocompósitos vulcanizados BNV/MWCNT por prensagem a 150 ºC, eles foram submetidos a análises por microscopia eletrônica de varredura (MEV), mecânicas (tensão-deformação), termogravimétricas (TG/DTG) e elétricas (análise elétrica em regime de corrente contínua e alternada). Por meio das imagens de MEV, verificou-se boa dispersão do nanomaterial, devido ao padrão homogêneo do MWCNT na matriz BNV. Nos estudos de condutividade elétrica dc (σdc), observou-se a transição isolante-condutor em uma concentração de MWCNT entre 2 e 3 phr, com o limiar de percolação determinado em 2,7 phr. A análise de espectroscopia de impedância foi realizada na faixa de frequência entre 0,01 Hz até 1 MHz. Foi possível observar que as amostras apresentaram comportamento dependente da frequência, principalmente para altas frequências, característico de sólidos desordenados. Para as amostras com concentrações de MWCNT acima do limiar de percolação, a parte real da condutividade σ’(f) demonstrou duas regiões bem definidas, uma independente da frequência e outra dependente. Por outro lado, as amostras com concentrações de MWCNT abaixo do limiar de percolação apresentaram alterações na condutividade σ’(f), sendo que o comportamento dependente da frequência foi observado em toda a faixa de frequência estudada. Na análise mecânica dos ensaios de resistência à tração, observou-se que, à medida que a quantidade de MWCNT aumentou na matriz BNV, o material tornou-se mais rígido, com uma redução no valor da deformação no momento da ruptura. As análises térmicas mostraram que as amostras, independente da concentração de MWCNT, apresentaram comportamento térmico semelhante, com a maior taxa de decomposição ocorrendo entre 300-450 ºC devido à decomposição das ligações isoprenas da BN. Por fim, as análises piezoresistivas foram realizadas in situ, onde uma corrente dc foi aplicada nas amostras durante um ciclo de tensão mecânica. Observou-se que as amostras com valores superiores a 2 phr de MWCNT exibiram excelentes propriedades piezoresistivas, o que as habilita como possível aplicação em sensores piezoresistivos. Ademais, a possibilidade de obter um nanocompósito condutor com um baixo limiar de percolação o torna adequado para aplicações como sensores, mantas antiestáticas e dispositivos de blindagem de radiação eletromagnética.
Caractérisation des propriétés mécaniques, thermiques et électriques des nanocomposites de caoutchouc naturel vulcanisé et des nanotubes de carbone multiparois
Keywords: Borracha natural; MWCNT; Nanocompósito condutor; Sensor piezoresistivo; Natural rubber; Conductive nanocomposite; Piezoresistive sensor