Avaliação da eficiência de blindagem eletromagnética em compósitos poliméricos condutores de eletricidade de polipropileno e nanotubos de carbono fabricados por moldagem por injeção

Abstract

Nos últimos anos, tem-se notado o aumento de trabalhos relacionados à interferência eletromagnética (EMI). O aumento do nível de ruído da radiação eletromagnética na faixa de micro-ondas deve ser crescente ao número de aparelhos tecnológicos, principalmente na área de telecomunicações. A atenuação dos níveis de radiação eletromagnética pode ser feita a partir do desenvolvimento de compósitos poliméricos condutores de eletricidade (CPCE), constituídos por uma matriz de polímero isolante com aditivos condutores capazes de absorver ou refletir a radiação incidente. Poucos trabalhos relatados na literatura foram direcionados ao estudo das condições de fabricação de componentes a partir da moldagem por injeção em propriedades eletromagnéticas, mecânicas e elétricas. Para começar, esta tese visa a produção e avaliação de compostos poliméricos condutores de eletricidade constituídos por matriz de polipropileno aditivados com nanotubos de carbono multiparedes (NTC) e fabricados pelo processo de moldagem por injeção. As misturas foram preparadas através de um reômetro de torque, e os corpos de prova foram obtidos através dos processos de moldagem por injeção e moldagem por especificação. As parâmetros de injeção avaliadas foram: velocidade de injeção, pressão de recalque e temperatura de injeção. Foram avaliadas as propriedades elétricas, eletromagnéticas e dinâmicas-mecânicas, bem como sua morfologia. Foram utilizados percentuais em massa do NTC entre 0,5 e 10%, onde obtiveram-se variações de até 14 ordens de grandeza com relação à condutividade elétrica. A atenuação da radiação eletromagnética é mostrada diretamente dependente do teor de NTC, sendo o mecanismo principal de blindagem a absorção em altas frequências, seguidamente pela reflexão das ondas. Os compósitos fabricados por especificações apresentaram resultados superiores à injeção em relação à condutividade e blindagem. As análises micrográficas mostraram que o processo de moldagem por injeção induz um alinhamento molecular preferencial durante o fluxo de injeção, devido às elevadas taxas de cisalhamento presentes, o que influencia na condutividade elétrica e blindagem eletromagnética. Os resultados indicam que o uso de uma matriz com alto índice de fluidez na moldagem por injeção é vantajoso na fabricação de CPCE de PP/NTC para aplicação em componentes que requerem elevada condutividade elétrica e boa blindagem de interferência eletromagnética.

Abstract: In recent years, there has been an increase in works related to electromagnetic interference (EMI). The increase of electromagnetic radiation noise levels in the range of microwaves is due to the growing number of technological devices, mainly in the area of telecommunication. The elimination or attenuation of the levels of electromagnetic radiation can be achieved with the development of electrically conductive polymeric composites (ECPC), consisting of an insulating polymer matrix with conductive additives capable of absorbing or reflecting the incident radiation. Few studies reported in the literature have been analyzed the effect of component manufacturing conditions from the injection molding process in the electromagnetic, mechanical, and electrical properties. Therefore, this work aims at the production and evaluation of electrically conductive polymer composites composed of a polypropylene matrix added with multi-carbon carbon nanotubes (NTC). The blends were prepared through a torque rheometer, and samples were obtained through the injection molding and compression molding processes. The injection parameters evaluated were injection velocity, backpressure and mass temperature. The aim was to evaluate the electrical, electromagnetic, and dynamic-mechanical properties, as well as their morphology. NTC percentages were used between 0.5 and 10m%, where variations of up to 14 orders of magnitude were obtained concerning the electrical conductivity. The attenuation of electromagnetic radiation was shown to be directly dependent on the NTC content, with the main shielding mechanism being the absorption at high frequencies, followed by the reflection of the waves. The composites produced by compression presented results slightly higher than those of injection in relation to the conductivity and shielding. The morphological analysis showed that the injection molding process induced a preferential molecular alignment during the injection flow due to the high shear rates. The results indicate that the use of a matrix with high melt flow index in injection molding is advantageous in the manufacture of PP/NTC ECPC for application in components requiring high electrical conductivity and good shielding from electromagnetic interference.