Caracterização de corpos de prova de poliácido-láctico reforçado com grafeno produzidos por fabricação por filamento fundido

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Silva, Diego Moreira da
• 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::Faculdade de Engenharia; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Palavras-chave em Português: Engenharia mecânica; Engenharia de materiais; Resistência de materiais; Polímeros; Mechanical engineering; Materials engineering; Strength of materials; Polymers; ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17791

Este trabalho estudou a influência do grafeno sobre o poliácido-láctico (PLA) com amostras feitas por impressão 3D, técnica de fabricação por filamento fundido (FFF). Foi visto, preliminarmente, que a presença de grafeno reduziu a microdureza Vickers e na amostra de poliácido-láctico com grafeno (GPLA) houve redução da dureza devido à redução da espessura de camada da amostra. Por causa da redução de microdureza foi estudada a influência dos parâmetros de impressão 3D pela técnica FFF sobre a microdureza Vickers em amostra de PLA com objetivo de obter uma combinação que otimize os ganhos de dureza e possa ser reproduzido para o material de GPLA. As cargas do teste de microdureza Vickers foram 25, 50, 100 e 200 g. Os parâmetros estudados da técnica FFF foram densidade de preenchimento (20%, 40%, 60%, 80% e 100%), padrão de preenchimento (concêntrico, grade e linha) e espessura de camada (0,1 mm e 0,2 mm). As combinações dos parâmetros de impressão somam 30 possibilidades que ao serem aplicadas as 4 cargas geram 120 casos e cada ensaio de microdureza exige minimamente 10 indentações totalizando 1200 medições. A média de microdureza do PLA é 17,81 HV. Esses dados foram avaliados pela ANOVA com o objetivo de verificar se há validação estatística segundo o teste de hipóteses. Linhas de Meyer foram analisadas caracterizando a carga como fator irrelevante na variação de microdureza. Com isso, a ANOVA aplicada no estudo foi de três fatores. Teste de Tukey foi utilizado indicando que os parâmetros separadamente e as interações dois a dois apontaram para as combinações de máximos valores de microdureza. As combinações que resultaram nos maiores valores de microdureza foram comparadas quanto ao consumo de filamento, tempo de fabricação e ganho de microdureza relativo a média. A melhor combinação é espessura de camada 0,2 mm, padrão de preenchimento grade e densidade de preenchimento de 40%. Esta combinação apresenta uma dureza de 20,16 HV com ganho relativo de 13,19 % a média do PLA e consumiu 879 mm de filamento durante 9 minutos e 43 segundos de produção da amostra. Foram aplicados ensaios de compressão, flexão, tração e tribológicos em amostras de PLA e GPLA produzidas por FFF. Adição de grafeno melhorou as propriedades de compressão e flexão. No ensaio de tração houve perda de ductilidade, aumento do módulo de Young e coeficiente de Poisson. Ensaios tribológicos demonstraram redução do coeficiente de atrito devido ao grafeno. Foram feitas caracterizações por microscopia ótica, espectroscopia Raman e a microscopia eletrônica de varredura (MEV). O MEV mostrou nanoestruturas tubulares nas amostras de GPLA.