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Tipo do documento: Dissertação
Título: Compósitos de polipropileno reforçados com nanopartículas de alumina e fibras curtas de carbono
Título(s) alternativo(s): Polypropylene composites reinforced with alumina nanoparticles and carbon short fibers
Autor: Ferreira, João Lucas Alexandre Nunes Galvão 
Primeiro orientador: Rocha, Marisa Cristina Guimarães Rocha
Primeiro membro da banca: Mendes, Luís Cláudio
Segundo membro da banca: d’Almeida, José Roberto Moraes
Resumo: Nesse trabalho, materiais compósitos à base de polipropileno (PP) carregados com nanopartículas de alumina (Al2O3) e reforçados com fibras de carbono curtas (FC), foram desenvolvidos, visando a obtenção de materiais leves, com alta rigidez, resistência mecânica e estabilidade térmica, passíveis de serem processados em equipamentos comumente usados nas indústrias de polímeros e automotiva. Com essa finalidade, polipropileno foi processado com alumina, em teores definidos através de metodologia de superfície de resposta inserida no software Minitab, de forma a se avaliar o efeito da incorporação de alumina e do polipropileno graftizado com anidrido maleico (PP-g-AM) usado como compatibilizante em algumas amostras. Os compósitos que apresentaram as melhores propriedades mecânicas, no caso, compósitos híbridos PP/PP g-AM/Al2O3 foram usados como matriz e preparados utilizando teor de alumina de 6% m/m e teores de fibras de carbono variáveis, entre 10% m/m e 15% m/m. Os compósitos foram processados em extrusora de rosca dupla, utilizando perfil de temperatura da zona de alimentação à zona de dosagem de 200/210/190/190/190/190/200/220/220/230°C e rotação do parafuso de 500 rpm. A preparação dos compósitos PP/Al2O3 envolveu o desenvolvimento de um concentrado em extrusora monorosca e posterior diluição em extrusora de rosca dupla. O perfil de temperatura adotado foi de 180/200/200/200/200°C e a velocidade de rotação foi de 35 rpm. As propriedades dos materiais obtidos foram avaliadas através de diversas técnicas de caracterização como: ensaios mecânicos em tração, termogravimetria (TGA), calorimetria diferencial exploratória (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos demonstram que os compósitos híbridos apresentam uma tendência de aumento da rigidez ao custo de uma perda significativa da tenacidade com o incremento do teor de fibras. Nesses materiais é observado também um aumento da resistência à tração. Aumento do módulo de elasticidade, foi observado, tanto nos compósitos híbridos como nos compósitos PP/Al2O3. Esse aumento, entretanto, foi mais pronunciado nos compósitos híbridos. Os compósitos PP/Al2O3 e híbridos apresentaram também aumento da resistência à tração. Os compósitos híbridos apresentaram maior estabilidade térmica do que os compósitos PP/Al2O3 e entalpias de fusão e de cristalização menores. As micrografias obtidas evidenciaram a boa adesão interfacial entre as partículas de alumina e o polímero, quando o compatibilizante foi utilizado. De forma geral, se obteve nesse trabalho materiais à base de polipropileno com rigidez e resistência mecânica superiores as apresentadas pelo polipropileno.
Abstract: In this investigation, composite materials based on polypropylene (PP) loaded with alumina nanoparticles (Al2O3) and reinforced with short carbon fibers (CF) were developed, aiming to obtain lightweight materials with high rigidity, mechanical strength and thermal stability, which can be processed in equipment commonly used in the polymer and automotive industries. For this purpose, polypropylene was processed with alumina, at levels defined through the response surface methodology inserted in Minitab software, in order to evaluate the effect of the incorporation of alumina and polypropylene grafted with maleic anhydride (PP-g-MA) used as a compatibilizer in some samples. The composites that presented the best mechanical properties, in this case, PP/PP-g-MA/Al2O3 hybrid composites were used with matrix and prepared using alumina content of 6% w/w and variable carbon fiber contents, between 10% w/w and 15% w/w. The composites were processed in a twin screw extruder, using a temperature profile from the feeding zone to the dosing zone of 200/210/190/190/190/190/200/220/220/230°C and screw rotation of 500 rpm. The preparation of PP/Al2O3 composites involved the development of a concentrate in a single screw extruder and subsequent dilution in a twin screw extruder. The temperature profile adopted was 180/200/200/200/200°C and the rotation speed was 35 rpm. The properties of the materials obtained were evaluated through several characterization techniques such as: mechanical tests in traction, thermogravimetry (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained demonstrate that the hybrid composites show a tendency to increase stiffness at the cost of a significant loss of toughness with the increase in fiber content. In these materials, an increase in tensile strength is also observed. An increase in the modulus of elasticity was observed both in the hybrid composites and in the PP/Al2O3 composites. This increase, however, was more pronounced in the hybrid composites. The PP/Al2O3 and hybrid composites also showed an increase in tensile strength. The hybrid composites showed higher thermal stability than the PP/Al2O3 composites and lower melting and crystallization enthalpies. The micrographs obtained showed good interfacial adhesion between the alumina particles and the polymer, when the compatibilizer was used. In general, in this work, materials based on polypropylene were obtained with rigidity and mechanical strength superior to those presented by polypropylene.
Palavras-chave: Polypropylene
Nanoparticles
Hybrid composite
Carbon fiber
Alumina
PP-g- MA
Experimental planning
Response surface
Polipropileno
Nanopartículas
Compósito híbrido
Fibra de carbono
Alumina
Compatibilizante
Planejamento experimental
Superfície de resposta
Compósitos poliméricos
Polipropileno
Alumina
Fibras de carbono
Nanocompósitos (Materiais)
Área(s) do CNPq: ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais (IPRJ)
Citação: FERREIRA, João Lucas Alexandre Nunes Galvão. Compósitos de polipropileno reforçados com nanopartículas de alumina e fibras curtas de carbono. 2022. 172 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais) - Instituto Politécnico, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2022.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18252
Data de defesa: 29-Jul-2022
Aparece nas coleções:Mestrado em Ciência e Tecnologia de Materiais (IPRJ)

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