Deposição de nanotubos de carbono em fibra natural utilizando eletroforese modificada com impulsos bipolares de altatensão para obtenção de compósitos de matriz epóxi multifuncionais

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Iwasaki, Kelvin Masakazu Kuroki
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Fibras naturais; Deposição eletroforética; Nanotubos de carbono; Fabricação 8 por VARTM; Compósitos multifuncionais
• Link de acesso: https://repositorio.udesc.br/handle/UDESC/20882

A incorporação de nanotubos de carbono (CNTs) na superfície das fibras tem sido uma estratégia para melhorar a adesão interfacial e desenvolver compósitos com propriedades multifuncionais, devido às características únicas dos CNTs. Sendo assim, o principal objetivo deste estudo é analisar os efeitos da incorporação de CNT sobre a superfície de fibras de juta (JF) através da eletroforese modificada com impulsos de alta tensão (HIEPD). Esta estratégia visa melhorar a adesão interfacial entre a fibra e matriz, bem como propriedades elétricas, térmicas e de flamabilidade do compósito reforçado com fibra de juta à base de matriz epóxi (JFEC). A deposição homogênea de CNT foi obtida utilizando uma suspensão estabilizada com Dodecil Sulfato de Sódio (SDS) combinada com pulso positivos e negativos (2p+2p−). A análise de termogravimetria (TG) confirmou a quantificação dos CNTs depositados (14% de resíduo), enquanto as análises por espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e microscopia corroboraram a uniformidade da deposição e a formação de uma rede condutora interconectada. Conforme o resultado do EIS, coma adição de CNT na fibra, houve um aumento da condutividade elétrica em 7 ordem de grandeza. A modificação da superfície transformou as JFs em condutoras e alterou seu comportamento hidrofílico para hidrofóbico, conforme evidenciado pelos ensaios de ângulo de contato. Adicionalmente, análises de FTIR demonstraram a preservação da celulose nas fibras tratadas, enquanto a espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-x (XPS) revelou um aumento nos grupos de oxigênio nas fibras. Do ponto de vista macromecânico, os compósitos CNTJFEC apresentaram melhorias em relação ao JFEC. No ensaio de cisalhamento interlaminar de 3 pontos (SBS), foi observado um aumento de 10% na resistência interlaminar (ILSS), enquanto no ensaio à tração transversal (TT), os compósitos tratados apresentaram uma tensão transversal 17% maior do que os não tratados, devido à ancoragem mecânica promovida pelos CNTs. No entanto, o ensaio de pull-out (SFP) demonstrou limitações devido à sensibilidade do método, embora tenha evidenciado melhorias no mecanismo de falha. Já os resultados de análise dinâmico-mecânica (DMA) indicaram aumentos no módulo de armazenamento nas regiões vítrea e borrachosa, sugerindo adesão eficaz entre a fibra e a matriz. Quanto às propriedades térmicas, a introdução de CNTs reduziu a taxa de queima em 48% nos ensaios de flamabilidade, atribuída à formação de uma camada carbonizada que atua como barreira térmica. Além disso, a temperatura de degradação térmica foi aumentada em 9°C. No entanto, a absorção de água permaneceu um desafio, possivelmente devido à micro-espaços presentes na interface fibra-matriz. De forma geral, os resultados demonstram que a modificação de fibras de juta por CNTs via HIEPD é uma estratégia eficaz e eco-friendly para a produção de compósitos multifuncionais com propriedades otimizadas, destacando-se como uma alternativa competitiva e sustentável.