Characterization of nano-reinforced thermoplastic elastomers

Abstract

Os Termoplásticos elastómeros, TPEs, têm vindo a substituir os tradicionais elastómeros devido à sua elevada eficiência mecânica, à sua alta processabilidade e baixo custo. Numa gama cada vez mais alargada de aplicações (p.e., nas indústrias automóvel e militar, componentes médicos, electrónica, construção civil, etc.) as exigências aumentam, assim como a necessidade de materiais com propriedades melhoradas. A mistura de um polímero com um outro material dá origem a um novo sistema polimérico com propriedades melhoradas, resultante da combinação das propriedades existentes. A incorporação de reforços no TPE poderá adicionar-lhe novas funcionalidades e apresentar melhoramentos quanto ao seu desempenho. Os compósitos de TPEs a estudar, incorporarão reforços de escala micro e nanométrica. Dois tipos de TPEs serão considerados pela sua natureza: amorfoamorfo (p.e. SBS) e amorfo-semicristalino (p.e. TPU). Isto permitirá induzir diferentes estados morfológicos e investigar a relevância das interacções interfásicas. Reforços como negro de fumo, nanofibras de carbono, nanosilica, nanoclays e vermiculites têm despertado grande interesse pelas propriedades que exibem. A combinação destes com os TPE pode resultar em materiais com melhores propriedades e “inteligentes” que podem ser integrados em sistemas como sensores/controladores de deformação ou força, temperatura, etc. O desenvolvimento destes compósitos requer um certo knowhow. Não é certo que adição destes reforços irá conferir as funcionalidades desejadas, mais ainda quando feito com percentagens de incorporação muitos baixas e de difícil dispersão. Será um compromisso entre vários critérios que influenciarão desde a sua processabilidade, o seu comportamento mecânico e a sua estabilidade a longo prazo. Este trabalho tem como principal objectivo caracterizar e compreender o comportamento (mecânico, térmico, eléctrico e ao fogo) dos TPEs carregados com partículas micro e nanométricas.

Thermoplastic elastomers, TPEs, have been used to replace the traditional elastomers due to their high mechanical efficiency, easy processabillity and low cost. In an increasingly broad range of applications (e.g., automobile industry and military, medical component, electronics, civil construction, etc.), the demands increases as well as the need for materials with improved and multifunctional properties. The combination of a polymer with a filler gives rise to a new polymer system with improved performance and added functionalities as a result of the combination of the existing properties. The TPE’s composites selected for this study will incorporate micro- and nanometric scale reinforcements. Two types of TPEs will be considered for their nature: amorphous-amorphous (e.g. SBS) and amorphous-semicrystalline (e.g. TPU). This will lead to induce different morphological states and investigate the relevance of interfaces interactions. Reinforcements such as carbon black, carbon nanofibers, nanosilica, nanoclays and vermiculites (VC) have attracted great interest due to the properties that they exhibit. The combination of these materials with the TPE may result in high performance and “intelligent” materials, ideal to be integrated in systems like deformability or temperature sensors/controllers, that are able to adapt and response in different applications depending on environmental changes, among others. The development of these composites requires specific know-how. It is not certain that the addition of this reinforcements will grant the desired functionalities, even more when it is used with very low incorporation percentage and of difficult dispersion. It will be a commitment between different criterions that will influence their processability, their mechanical behavior and their long a long term stability. This work has as main objective the characterization and the understanding of the behavior (mechanical, thermal, electric and to flame) of the reinforced TPE’s with micro and nanometrics particles.