Desenvolvimento de compósitos híbridos multiescala de resina epóxi com fibras de vidro unidirecional e nanotubos de carbono

Abstract

Os compósitos fibrosos consistem em uma matriz de resina polimérica com as cargas, sejam elas micrométricas como as fibras de vidro ou nanométricas como os nanotubos de carbono (NTC), desenvolvidos visando melhores propriedades mecânicas, estabilidade química e baixa densidade. Os polímeros apresentam menor resistência mecânica e rigidez comparados a outras classes de materiais. Em vista disso, fibras de vidro unidirecionais contínuas podem ser incorporadas a matriz, como na resina epóxi, de forma a aprimorar as propriedades mecânicas. A vantagem da inserção de fibras é decorrente da sua baixa densidade e alta resistência mecânica quando comparados a outros materiais estruturais, sendo que os compósitos constituídos de fibras contínuas são mais eficientes do ponto de vista de rigidez e resistência. Os NTC podem conferir propriedades térmicas e elétricas, além de ser um incremento na resistência mecânica do material. Dentro deste contexto, neste trabalho foi desenvolvido, um compósito multiescala pela incorporação de NTC e fibras de vidro (FV) unidirecional em uma matriz de resina epóxi. Portanto, o intuito deste trabalho é compreender as alterações que um material nanométrico introduz em um compósito laminado com FV, para isso foram desenvolvidos compósitos constituídos de resina epóxi com 30 %m de fibras de vidro unidirecional e 0,05 %m de NTC disperso na resina epóxi. Foram avaliadas as propriedades mecânicas por ensaios de tração e ensaio dinâmico-mecânico (DMA), condutividade elétrica, infravermelho por transformada de Fourier e análise microestrutural através do microscópio eletrônico de varredura (MEV). Observou-se que o método de dispersão por ponteira ultrassônica melhorou a distribuição de NTC na matriz, a presença de NTC não alterou a Tg, sendo percebido somente a presença de água como contaminante no processamento, devido a umidade, houve um ganho de 8% na resistência a flexão, a resistência a tração para as amostras de resina epóxi com adição de NTC e para os compósitos tiveram uma pequena variação de 1 a 5%, as imagens do MEV mostram a presença de aglomerados de NTC na matriz de resina epóxi e uma boa interação fibra e matriz, conduto a concentração de NTC de 0,05 %m manteve o material resistivo.

Fibrous composites consist of a polymer resin matrix with fillers, either micrometric such as glass fibers or nanometric such as carbon nanotubes (NTC), developed for better mechanical properties, chemical stability, and low density. Polymers have lower mechanical strength and stiffness compared to other classes of materials. In view of this, continuous unidirectional glass fibers can be incorporated into the matrix, as in epoxy resin, to improve the mechanical properties. The advantage of fiber insertion is due to its low density and high mechanical strength when compared to other structural materials, and composites made of continuous fibers are more efficient from the point of view of stiffness and strength. The NTC can confer thermal and electrical properties, besides being an increment in the mechanical resistance of the material. Within this context, in this work we developed a multiscale composite by incorporating NTC and unidirectional glass fibers (FV) in an epoxy resin matrix. Therefore, the intent of this work is to understand the changes that a nanometric material introduces in a composite laminated with PV, for this, composites consisting of epoxy resin with 30 %wt unidirectional glass fibers and 0.05 %wt of NTC dispersed in the epoxy resin were developed. The mechanical properties were evaluated by tensile tests and dynamic-mechanical test (DMA), electrical conductivity, Fourier transform infrared and microstructural analysis by scanning electron microscope (SEM). It was observed that the dispersion method by ultrasonic tip improved the distribution of NTC in the matrix, the presence of NTC did not change the Tg, being perceived only the presence of water as a contaminant in the processing, due to moisture, there was an 8% gain in flexural strength, the tensile strength for the epoxy resin samples with added NTC and for the composites had a small variation of 1 to 5%, the SEM images show the presence of agglomerates of NTC in the epoxy resin matrix and a good fiber and matrix interaction, conductivity at the NTC concentration of 0.05 %wt kept the material resistive.