Filamentos condutores baseados em compósitos com nanopartículas de carbono

Abstract

O objetivo principal do presente trabalho é estudar o efeito das condições pós-extrusão nas propriedades finais de filamentos produzidos a partir de nanocompósitos de matriz termoplástica PEEK reforçada com nanotubos de carbono e grafite exfoliada. Inicialmente, preparou-se o nanocompósito de matriz polimérica PEEK, reforçado com 4% em massa de nanotubos de carbono (CNT) e 3% em massa de grafite exfoliada (GnP), utilizando uma extrusora duplo-fuso co-rotativa. O nanocompósito foi granulado em linha. Numa fase seguinte, foram produzidos filamentos de PEEK e de nanocompósito (PEEK + 4wt% CNT + 3wt% GnP) utilizando uma linha de extrusão de monofilamentos. As condições pósextrusão, razão de estiramento e a temperatura da estufa de estiramento, foram variadas de forma a sujeitar os filamentos a diferentes níveis de estiramento. Os filamentos obtidos foram posteriormente caracterizados em termos de diâmetro, condutividade elétrica, comportamento mecânico à tração e propriedades térmicas. Por fim, sujeitou-se uma amostra de nanocompósito a um ensaio de relaxação térmica de modo a analisar o seu efeito nas propriedades finais. Os resultados permitem concluir que os filamentos apresentaram boas propriedades elétricas, térmicas e mecânicas. No caso dos filamentos nanocompósitos, quando se aumenta a razão de estiramento diminui o diâmetro e a condutividade elétrica, mas mantém-se o comportamento semicondutor, e aumenta o módulo de Young. A gama de temperaturas utilizada na estufa de estiramento não influenciou significativamente as propriedades elétricas, térmicas e mecânicas. O ensaio de relaxação térmica não influenciou as propriedades térmicas e elétricas da amostra do nanocompósito.

The main objective of the present work is to study the effect of post extrusion conditions on the final properties of filaments produced from PEEK thermoplastic matrix nanocomposites reinforced with carbon nanotubes and exfoliated graphite. This work begun with the preparation of the PEEK polymer matrix nanocomposite by reinforce it with 4 wt% of carbon nanotubes (CNT) and 3 wt% of exfoliated graphite through a corotating double-screw extruder. The nanocomposite was granulated in line. In a following step, PEEK and nanocomposite filaments (PEEK + 4wt% CNT + 3wt% GnP) were produced using a monofilament extrusion line. The post extrusion conditions, draw ratio and temperature of the drawing greenhouse were varied to subject the filaments to different drawing levels. The obtained filaments were later characterized in terms of diameter, electrical conductivity, mechanical behavior to traction and thermal properties. Lastly, a sample of nanocomposite was subjected to a thermal relaxation test to analyze the effect on its final properties. The obtained results allow to conclude that the filaments in study have good electrical, thermal and mechanical properties. In the case of the nanocomposite filaments, it was observed that as the draw ratio is increased, the diameter and electrical conductivity decreases, the semiconductor behavior remains, and the Young's modulus increases. The range of temperatures used in the stretching oven didn’t significantly influenced the electrical, thermal and mechanical properties. The thermal relaxation test did not influence the thermal and electrical properties of the nanocomposite sample.