Desenvolvimento de compósitos de polipropileno com reforço híbrido de fibras curtas de carbono e grafeno para a indústria automobilística

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Santos, Anna Paula de Oliveira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais (IPRJ)
• Palavras-chave em Português: Nanopartículas; Compósito híbrido; Polipropileno; Fibra curta de carbono; Grafeno; Compósitos poliméricos; Materiais compostos – Propriedades mecânicas; Nanoparticles; Hybrid composite; Polypropylene; Short carbon fibers; Graphene; ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/23155

Neste estudo, compósitos poliméricos à base de polipropileno (PP), reforçados com nanopartículas de grafeno (GNP) e fibras curtas de carbono (FCC) foram desenvolvidos, com o objetivo de obter materiais com propriedades mecânicas aprimoradas tais como módulo de elasticidade e resistência à tração maiores, além de elevada estabilidade térmica. A composição dos compósitos foi otimizada por meio de um planejamento experimental utilizando o software Minitab 19, visando identificar a combinação ideal de teores de GNP e FCC. Os compósitos foram processados em uma extrusora de rosca dupla, sob condições específicas de temperatura e rotação, para garantir a dispersão homogênea dos reforços na matriz polimérica. A caracterização dos materiais incluiu ensaios mecânicos (tração, flexão), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos demonstraram que a incorporação de GNP e FCC ao PP promoveu um aumento significativo do módulo de elasticidade e na resistência à tração dos compósitos, em comparação com o polímero base. Essas melhorias nas propriedades mecânicas podem ser atribuídas à eficiente transferência de carga entre a matriz polimérica e os reforços, resultante da alta área superficial específica do grafeno e da rigidez das fibras de carbono. No entanto, a incorporação de reforços na matriz polimérica também levou a uma redução na tenacidade à fratura dos compósitos, indicando uma correlação entre rigidez e tenacidade. A análise termogravimétrica revelou que os compósitos apresentaram maior estabilidade térmica em comparação com o PP puro, indicando uma melhor resistência à degradação térmica. Essa melhoria pode ser atribuída à barreira térmica proporcionada pelas nanopartículas de grafeno e pelas fibras de carbono. A micrografia obtida por MEV permitiu visualizar a distribuição dos reforços na matriz polimérica, evidenciando a formação de uma interface satisfatória entre as fases, fator crucial para a obtenção de propriedades mecânicas superiores. Assim, este estudo demonstrou o potencial dos compósitos de PP reforçados com GNP e FCC para aplicações industriais diversas em diversas que requeiram materiais leves, rígidos e com alta estabilidade térmica. Dentre as amostras analisadas, a amostra 7 (77,5%PP/20%FCC/2,5%GN) e a amostra 4 (75%PP/20%FCC/2,5%GN) demonstraram os melhores resultados. No entanto, considerando a relação custo-benefício, a amostra 7, com menor concentração de grafeno é considerada a melhor opção.