Efeito da irradiação de feixe de elétrons sobre as propriedades térmicas e mecânicas do compósito polipropileno/fibra de vidro

Abstract

Materiais poliméricos são utilizados em uma variedade de aplicações devido suas propriedades como, baixa densidade, elevada resistência química e facilidade de fabricação. No entanto, para aplicações específicas, algumas propriedades dos polímeros precisam ser modificadas para adequá-lo às exigências requeridas para seu uso final. O uso de radiação ionizante, com feixe de elétrons, representa importante alternativa aos processos químicos convencionais, que visam à melhoria das características e propriedades de materiais poliméricos. A radiação ionizante em polímeros provoca reticulação e degradação das cadeias poliméricas, provocando alterações nas propriedades físicas, químicas, mecânicas e térmicas dos polímeros. Desse modo, esta pesquisa tem como objetivo principal avaliar o efeito da irradiação de feixe de elétrons nas propriedades mecânicas e térmicas de polipropileno reforçado com fibras de vidro. Amostras do compósito de polipropileno/fibra de vidro (PP/FV) com retardante de chama foram preparadas por moldagem por injeção e irradiadas com elétrons de alta energia. As amostras não irradiadas e irradiadas foram analisadas por ensaios de tração, calorimetria diferencial exploratória (DSC), análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica varredura (MEV) e fio incandescente. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas do compósito de PP/FV foram pouco afetadas pela exposição à irradiação. A maior diferença encontrada foi no alongamento para a amostra irradiada com dose de 150 kGy, apresentando redução da ordem de 48,50%. A análise por FTIR comprovou que a degradação ocorre, preferencialmente, em cisão de cadeias. Os resultados da DSC mostraram alteração na cristalinidade do PP não irradiado em comparação com o irradiado. O ensaio de resistência ao fio incandescente sugeriu que a radiação, além de reticular as cadeias poliméricas, pode ter interagido com a fibra de vidro e possivelmente com os retardantes de chama. As amostras com 100 kGy apresentaram os melhores resultados. Os resultados deste estudo mostraram que não houve grandes perdas das propriedades mecânica e físicas, e as propriedades térmicas apresentaram melhora em relação aos valores oferecidos pelo fornecedor.

Abstract: Polymeric materials are used in a variety of applications due to their properties such as low density, high chemical resistance and ease of manufacturing. However, for specific applications some properties of the polymers need to be modified to suit the requirements required for their end use. The use of ionizing radiation, with electron beam, represents an important alternative to conventional chemical processes, which aim at improving the characteristics and properties of polymeric materials. Ionizing radiation in polymers causes crosslinking and degradation of the polymer chains, causing changes in the physical, chemical, mechanical and thermal properties of the polymers. Thus, this research has as main objective to evaluate the effect of electron beam irradiation on the mechanical and thermal properties of polypropylene reinforced with fibers glass. Samples of the polypropylene/fiberglass composite (PP/FV) and flame retardant were prepared by injection molding and irradiated with high energy electrons. The non-irradiated and irradiated samples were analyzed by tensile tests, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and incandescent wire. The results showed that the mechanical properties of the PP/PV composite were little affected by exposure to irradiation. The greatest difference found was in the elongation for the sample irradiated with 150 kGy dose, presenting a reduction of the order of 48.50%. FTIR analysis has shown that degradation occurs preferentially in chain scission. The DSC results showed change in the crystallinity of the non-irradiated PP compared to the irradiated. The resistance test to the glow wire suggested that the radiation, in addition to the crosslinking of the polymer chains, may have interacted with the glass fiber and possibly with the flame retardants. Samples with 100 kGy presented the best results. The results of this study showed that there were no major losses of mechanical and physical properties, and the thermal properties showed improvement in relation to the values offered by the supplier.