Two-dimensional nanomaterials as fillers in hierarchical polymer composites for ballistic protection
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Tipo
Tese
Data de publicação
2022-12-19
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Cremonezzi, Josué Marciano de Oliveira
Orientador
Fechine, Guilhermino José Macêdo
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Raquez, Jean Marie
Carastan, Danilo Justino
Domingues, Sergio Humberto
Ribeiro, Hélio
Carastan, Danilo Justino
Domingues, Sergio Humberto
Ribeiro, Hélio
Programa
Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Resumo
Conflitos entre grupos são intrínsecos à raça humana. As disputas com o uso de força foram constantes ao longo da história e ainda são nos tempos atuais. Assim, aparatos de proteção precisam ser constantemente desenvolvidos para resistir a ataques de ameaças com poder de fogo cada vez maior. Esforços para o desenvolvimento de armaduras mais leves, flexíveis, confiáveis e eficientes são muito bem-vindos. Nesse sentido, a nanoestruturação da matriz de compósitos poliméricos reforçados com fibras é uma estratégia promissora para a melhoria de suas propriedades mecânicas e desempenho de proteção balística. Neste trabalho, foram desenvolvidos compósitos de proteção balística aprimorados com nanomateriais bidimensionais. Para isso, foi realizado um extenso estudo desde a seleção dos nanomateriais até a avaliação do desempenho balístico dos compósitos desenvolvidos. Óxido de grafeno (GO) e dissulfeto de molibdênio (MoS2) foram empregados como nanocargas de poli(vinil butiral), um polímero amplamente utilizado como matriz de compósitos de aramida. O GO apresentou excelente compatibilidade com o polímero, o que resultou em excelente dispersão e reforço. O módulo de Young do nanocompósito foi até 169 % maior do que o do polímero puro. Por outro lado, o MoS2 apresentou apenas uma interação modesta com o polímero, fazendo com que ficasse mal disperso na matriz. Mesmo assim, a nanocarga foi capaz de aumentar a rigidez do polímero. Além disso, na avaliação das propriedades mecânicas dos nanocompósitos, foi feita a proposta de um uso inovador da análise micromecânica, possibilitando pela primeira vez a avaliação matemática da espessura da interface polímero/carga. Os compósitos hierárquicos com matrizes reforçadas com GO ou MoS2 apresentaram tenacidade à tração até 90,3 % maior do que o compósito convencional, devido à adesão aumentada entre as fibras e as matrizes modificadas. Por fim, os compósitos hierárquicos desenvolvidos apresentaram melhor desempenho quando aplicados como coletes à prova de bala nível II-A em um teste balístico. As blindagens hierárquicas resistiram a impactos de projéteis com velocidade ~10 m s-1 maior que a convencional devido a uma capacidade específica de absorção de energia 5 % maior. Como resultado, os compósitos desenvolvidos apresentaram limite balístico 6 % superior ao convencional, mostrando que a nanoestruturação da matriz de materiais resistentes à balística é uma tecnologia promissora para o projeto de armaduras de última geração.
Descrição
Palavras-chave
graphene oxide , molybdenum disulfide , poly(vinyl butyral) , hierarchical composites , ballistic protection