Desenvolvimento de compósitos PU / PAni / grafite eletricamente condutores para aplicações tribológicas
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Autor(a) principal: |
Valente, Caio Augusto Garcia Sampaio
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| Orientador(a): |
Silva, Carlos Henrique da
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| Banca de defesa: |
Silva, Carlos Henrique da
,
Moraes, Marcia Marie Maru de
,
Bianchi, Otavio
,
Cousseau, Tiago
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Brasil
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| Palavras-chave em Português: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24834 |
Resumo: | O mercado global polímeros condutores registrou expectativas de crescimento anual de 8,4% de 2016 a 2021. Embalagens e rolamentos antiestática, dispositivos biomédicos e tintas eletrostáticas são aplicações típicas destes materiais. Polímeros condutores intrínsecos (ICPs), que são capazes de conduzir elétrons ao longo de suas macromoléculas, ganham mercado frente aos polímeros condutores extrínsecos (ECPs), que utilizam enchimentos condutores. No entanto, ICPs não possuem propriedades mecânicas satisfatórias para aplicações tribológicas. Eles podem ser, todavia, usados como material de adição condutor para ECPs, gerando blendas capazes de atuar em aplicações tribológicas. Concomitantemente, avanços nas tecnologias de produção de grafenos, como nanotubos de carbono e nanoplaquetas de grafite, permitiram o desenvolvimento de novos materiais utilizando pequenas quantidades destes aditivos condutores. Assim, é possível obter condutividade sem perdas significativas nas propriedades mecânicas. Esse trabalho apresenta o desenvolvimento e caracterização de novos materiais condutores, utilizando matriz de poliuretano (PU) comercial e adição de nanoplaquetas de grafite (GNPs) e polianilina (Pani). A polianilina é um ICP de elevado interesse científico e tecnológico. As GNPs possuem elevada razão de aspecto devido a sua espessura nanométrica e diâmetro micrométrico, o que é necessário para um limiar de percolação elétrica reduzido. As nanopartículas foram obtidas a partir de grafite expansível comercial, utilizando método de esfoliação por ultrassom, enquanto o ICP foi sintetizado como tradicionalmente é descrito na literatura, sendo parcialmente modificado pela adição de ácido sulfônico seguida de moagem refinada. As partículas foram caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura e granulometria de difração de laser, bem como por difração de raios-X e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. O desempenho tribológico foi avaliado para o PU e suas blendas e compósitos em ensaio tipo esfera-sobre-placa com movimento recíproco, realizado em tribômetro, variando condições de carregamento e velocidade. A largura de desgaste foi medida por análise de imagens obtidas por microscopia óptica. A condutividade elétrica volumétrica foi avaliada utilizando um potenciostato/galvanostato. Os compósitos foram obtidos em proporções de 0-10%, em massa, de GNPs e 0-30% Pani. A partir de 8% de GNPs e 10% de Pani foi possível observar condutividade elétrica na ordem de 10−7 S m−1 e 10−6 S m−1, respectivamente. Isso corresponde a valores dentro da faixa de condução de semicondutores. O coeficiente de atrito cinético médio foi reduzido em 30,2% com a adição de 1,3% de GNPs. A polianilina não demonstrou afetar o atrito ou o desgaste numa concentração até 1,3%. A largura de desgaste é função da força aplicada e da composição. Há indícios de que o compósito com 4% GNPs pode ser utilizado em aplicações tribológicas com necessidade de dissipação de cargas elétricas. Outros compósitos, com maior concentração de material de adição, podem encontrar aplicação em outras áreas, mas não são adequados para aplicações tribológicas. |