Filmes de compósitos termoplásticos com partículas piezoelétricas: processamento, caracterização e avaliação para sensoriamento

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Tita, Sandra Patricia da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Compósito termoplástico; Damage sensor; Filmes inteligentes; Ionômeros; Ionomers; PZT; Sensor de dano; Smart films; Thermoplastic Composites
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-15042021-105044/

Sensores baseados em compósitos termoplásticos com partículas cerâmicas que associem propriedades de sensoriamento, facilidade de processamento, adequadas propriedades mecânicas e boa flexibilidade são alvo de muitas pesquisas. Os estudos que visam à elaboração de filmes flexíveis de materiais compósitos baseados em ionômeros poliméricos-PZT, com frações volumétricas menores que 10% v/v PZT, para sensoriamento de danos em estruturas aeronáuticas são pouco explorados. Nestes estudos, preparou-se filmes de compósitos à base de copolímero EMAA(Na+) e de terpolímero EMAABA(Zn2+) com espessuras entre 50 e 100 μm. Foram utilizadas diferentes frações volumétricas de micropartículas cerâmicas de PZT nos compósitos SNaPZTx e SZnPZTx, sendo x iguais a 1, 3, 5 e 7% v/v de PZT. Dispersou-se o PZT na matriz por extrusão em equipamento com dupla rosca cônica e moldou-se os filmes por compressão a quente. Os filmes de matriz polimérica sem o PZT (SNa0 e SZn0) e seus respectivos compósitos (SNaPZTx e SZnPZTx) foram caracterizados por difração de raios-X (DRX), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TG), análise térmica dinâmico-mecânica (DMTA) e tração mecânica. Avaliou-se, por espectroscopia de impedância, a polarização dos filmes usando campo elétrico em banho de óleo de silicone com posterior determinação do coeficiente de carga piezoelétrico (d33). Por espectroscopia de impedância, avaliou-se também as tendências da constante dielétrica (ε) e da condutividade elétrica nos filmes. Apresentou-se também testes para uma avaliação qualitativa da capacidade de sensoriamento dos filmes de compósitos. As melhores dispersões de PZT foram para as frações volumétricas de 3 e 5% para ambas matrizes termoplásticas. As análises térmicas (DSC e TG), os ensaios por DMTA e tração mecânica revelaram que as propriedades térmicas, mecânicas e termomecânicas não foram prejudicadas com a adição do material cerâmico. Mesmo sem polarização foi possível determinar sinais de propriedades elétricas, sendo os filmes compósitos SNaPZT1, SNaPZT3 e SZnPZT7 os que melhor responderam. Uma vez que não houve prejuízos nas diferentes propriedades avaliadas dos filmes de compósitos e com base nos resultados qualitativos dos testes para avaliar a capacidade de sensoriamento, conclui-se que é viável a aplicação dos filmes para monitoramento de danos estruturais.