Blendas e nanocompósitos poliméricos de alto desempenho mecânico formados por polietilenos de alta massa molar e óxido de grafeno
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Tipo
Tese
Data de publicação
2021-08-16
Periódico
Citações (Scopus)
Autores
Ferreira, Eder Henrique Coelho
Orientador
Fechine, Guilhermino José Macêdo
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Membros da banca
Rabello, Marcelo Silveira
Demarquette, Nicole Raymonde
Domingues, Sergio Humberto
Demarquette, Nicole Raymonde
Domingues, Sergio Humberto
Programa
Engenharia de Materiais e Nanotecnologia
Resumo
O presente trabalho trata-se do desenvolvimento de novos materiais, blendas de polietileno de
alta massa molar (PEAMM) contendo polietileno de ultra alta massa molar (PEUAMM) e
nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo óxido de grafeno multicamadas
(mGO), com melhores propriedades tribológicas do que o PEUAMM. O PEUAMM é um
polímero de engenharia de alto desempenho tribológico, apresentando desempenho superior aos
outros polímeros. No entanto, mesmo o PEUAMM possuindo essa característica, durante o uso
ele pode sofrer facilmente degaste abrasivo, devido às condições severas que ele é submetido.
Logo, o desenvolvimento de novos materiais com melhor desempenho é desejável para muitas
aplicações tribológicas. Três etapas de estudos foram realizadas para se obter novos materais com
melhor desempenho do que o PEUAMM. Na I Etapa, blendas de PEAMM e de PEAD contendo
PEUAMM foram obtidas via extrusão dupla rosca. Nesse estudo um novo conceito, baseado no
fenômeno de healing, é sugerido para a obtenção de blendas de polietileno. As blendas de
polietileno apresentaram altíssimo desempenho mecânico e tribológico, quando moldados em
uma prensa a quente em tempo suficiente para que o fenômeno de healing (máximo grau de
mistura) fosse completado na interfase polietileno-polietileno. Nesse primeiro estudo é mostrado
pela primeira vez que é possiviel obter blendas de polietileno, PEAMM-PEUAMM (< 40 % em
massa), com melhor desempenho tribológico do que o PEUAMM. A II Etapa desse trabalho foi
dedicada ao estudo dos nanocompósitos e compósitos de PEAMM contendo cargas carbonáceas,
mGO, óxido de grafite e grafite. O foco desse estudo foi sobre a influência dos aglomerados
dessas cargas nas propriedades reológicas e mecânicas dos polímeros. Outros compósitos de
poliestireno e de PEAD contendo essas cargas foram produzidos para complementar o estudo. A
principal conclusão obtida nessa etapa foi que os aglomerados, através do fenômeno de
superlubrificação, podem agir tenacificando e reduzindo a viscosidade dos polímeros, desde que
estejam presentes em baixas concentrações. Essa observação é uma mudança de paradigma, uma
vez que os aglomerados sempre foram vistos como prejudiciais às propriedades dos polímeros,
mas o oposto é sugerido nesse trabalho. Após o desenvolvimento de blendas de polietileno de alto
desempenho tribológico (I Etapa) e com a compreensão da influência dos aglomerados das cargas
carbonáceas nas propriedades dos polímeros (II Etapa), a III Etapa do trabalho estudou os
nanocompósitos de PEAMM e de PEAMM-PEUAMM contendo diferentes concentrações de
mGO (0,01, 0,05 e 0,1 % em massa). Todos os nanocompósitos produzidos apresentaram
desempenho tribológico (alta resistência ao degaste e baixo coeficiente de fricção) superior ao
PEUAMM. O PEAMM-PEUAMM-mGO (0,1 % em massa) foi o nanocompósito com melhor
desempenho dentre os materiais estudados. Esse resultado pode ser atribuído a três fatores que
foram anteriormente elucidados na I e na II Etapa. O primeiro fator está associado ao alto grau de
mistura na interfase polietileno-polietileno, que é uma decorrência da obtenção desse
nanocompósito baseado no fenômeno de healing (I Etapa). O segundo e o terceiro fatores estão
associados à influência do mGO bem esfoliado e do mGO aglomerado contido no nanocompósito,
que agem através do mecanismo de reforço e do fenômeno de superlubrificação, respectivamente
(II Etapa). Como resultado final desse trabalho, três novos materiais, a blenda PEAMM PEUAMM (<40 % em massa), o nanocompósito PEAMM-mGO e o nanocompósito PEAMM PEUAMM-mGO, foram desenvolvidos com melhor desempenho tribológico do que o
PEUAMM. Portanto, esse trabalho apresenta três materiais com potencial de substituir o
PEUAMM nas aplicações onde seu desempenho é insatisfatório.
Descrição
Palavras-chave
grafeno