Study of the behaviour of an epoxy resin with graphene nanoplatelets in a film capacitor

Abstract

Mais do que nunca, a inovação e a sustentabilidade são duas palavras muito em voga no setor industrial e a Vishay Eletrónica Portugal, Lda., VEP, opera sempre no sentido de acompanhar toda a evolução de forma a garantir que os seus produtos alcancem as necessidades do mercado. Por esse motivo, o estudo realizado no âmbito deste projeto em parceria com o Departamento de Engenharia de Polímeros, DEP, tem por base um dos últimos materiais a ser descoberto e que possui propriedades muito interessantes a nível mecânico, térmico e elétrico, o grafeno. Assim, este trabalho estuda o comportamento de uma resina epóxi, utilizada na empresa, incorporada com nanopartículas de grafeno. Inicialmente utilizou-se 1% da grafite A, e de seguida o estudo prologou-se utilizando uma grafite com as mesmas características, mas comercial, designada por grafite B, onde se incorporou 1% e 1,5% em massa sobre a peso da resina. O objetivo focava-se essencialmente na comparação das propriedades de barreira obtidas nos diferentes compósitos estudados, através dos resultados obtidos em testes normalizados de absorção de água, medição da resistência elétrica, análise FTIR e DSC e ainda testes de qualidade. Para complementar o estudo, utilizou-se a técnica de microscopia por transmissão em campo clara para avaliar a dispersão e homogeneidade da mistura realizado no moinho de três rolos. Através deste estudo, foi possível verificar uma melhoria significativa nas características do produto final com a presença de nanopartículas, uma vez que após os testes em ambientes agressivos e durante 2000h os valores se encontravam dentro dos limites. Desta forma, esta investigação estuda uma solução promissora para a indústria eletrónica, mostrando que a incorporação de grafeno pode contribuir para um futuro mais sustentável e eficiente em termos energéticos e diminuição do impacto ambiental.

More than ever, innovation and sustainability are two very popular words in the industrial sector and Vishay Electrónica Portugal, Lda., VEP, always works to keep up with all the developments to ensure that their products meet the needs of the market[1]. For this reason, the study carried out within the framework of this project in partnership with the Polymer Engineering Department, PED, is based on one of the last materials to be discovered and which has very interesting properties at the mechanical, thermal and electrical level, graphene. Thus, this work studies the behaviour of an epoxy resin, used in the company, incorporated with graphene nanoparticles. Initially 1% graphite A was used, and then the study was prolonged using a graphite with the same characteristics, but commercial, called graphite B, where 1% and 1,5% mass over the weight of the resin were incorporated. The objective focused essentially on comparing the barrier properties obtained in the different compounds studied, through the results of standardized water absorption tests, measurement of electrical resistance, FTIR and DSC analysis and also quality tests. To complement the study, the technique of light field transmission microscopy was used to assess the dispersion and homogeneity of the mixture carried out in the three-roll mill. Through this study, it was possible to verify a significant improvement in the characteristics of the final product with the presence of nanoparticles, since after testing in aggressive environments and for 2000h the values were within the limits. Thus, this research studies a promising solution for the electronics industry, showing that the incorporation of graphene can contribute to a more sustainable and energy-efficient future and decrease the environmental impact.