Two-dimensional nanomaterials as fillers in hierarchical polymer composites for ballistic protection

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Cremonezzi, Josué Marciano de Oliveira
• Orientador(a): Fechine, Guilhermino José Macêdo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Presbiteriana Mackenzie
• Palavras-chave em Português: graphene oxide; molybdenum disulfide; poly(vinyl butyral); hierarchical composites; ballistic protection
• Link de acesso: https://dspace.mackenzie.br/handle/10899/40274

Conflitos entre grupos são intrínsecos à raça humana. As disputas com o uso de força foram constantes ao longo da história e ainda são nos tempos atuais. Assim, aparatos de proteção precisam ser constantemente desenvolvidos para resistir a ataques de ameaças com poder de fogo cada vez maior. Esforços para o desenvolvimento de armaduras mais leves, flexíveis, confiáveis e eficientes são muito bem-vindos. Nesse sentido, a nanoestruturação da matriz de compósitos poliméricos reforçados com fibras é uma estratégia promissora para a melhoria de suas propriedades mecânicas e desempenho de proteção balística. Neste trabalho, foram desenvolvidos compósitos de proteção balística aprimorados com nanomateriais bidimensionais. Para isso, foi realizado um extenso estudo desde a seleção dos nanomateriais até a avaliação do desempenho balístico dos compósitos desenvolvidos. Óxido de grafeno (GO) e dissulfeto de molibdênio (MoS2) foram empregados como nanocargas de poli(vinil butiral), um polímero amplamente utilizado como matriz de compósitos de aramida. O GO apresentou excelente compatibilidade com o polímero, o que resultou em excelente dispersão e reforço. O módulo de Young do nanocompósito foi até 169 % maior do que o do polímero puro. Por outro lado, o MoS2 apresentou apenas uma interação modesta com o polímero, fazendo com que ficasse mal disperso na matriz. Mesmo assim, a nanocarga foi capaz de aumentar a rigidez do polímero. Além disso, na avaliação das propriedades mecânicas dos nanocompósitos, foi feita a proposta de um uso inovador da análise micromecânica, possibilitando pela primeira vez a avaliação matemática da espessura da interface polímero/carga. Os compósitos hierárquicos com matrizes reforçadas com GO ou MoS2 apresentaram tenacidade à tração até 90,3 % maior do que o compósito convencional, devido à adesão aumentada entre as fibras e as matrizes modificadas. Por fim, os compósitos hierárquicos desenvolvidos apresentaram melhor desempenho quando aplicados como coletes à prova de bala nível II-A em um teste balístico. As blindagens hierárquicas resistiram a impactos de projéteis com velocidade ~10 m s-1 maior que a convencional devido a uma capacidade específica de absorção de energia 5 % maior. Como resultado, os compósitos desenvolvidos apresentaram limite balístico 6 % superior ao convencional, mostrando que a nanoestruturação da matriz de materiais resistentes à balística é uma tecnologia promissora para o projeto de armaduras de última geração.