Avaliação dos parâmetros que afetam o comportamento elétrico de polietileno de alta densidade aditivado com negro de fumo condutor
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23142 |
Resumo: | Ethanol and gasoline powered automotive vehicles hold a common thermoplastic part molded through injection process, the fuel tank inlet. These parts are typically produced with a polyethylene (PE) compound, and should present static dissipator behavior, avoiding accumulation of electric charges that could cause ignitions during fuel feeding. PE is an electrical insulative material and, therefore, it is necessary to fill it with electrically conductive additives, such as conductive carbon black (CCB), to electrical percolation phenomenon occur and desired electrical behavior to be reached. Electrical conductivity of the part will depend on CCB structure and its chemical composition. Matrix composition, viscosity and molding process will influence on CCB dispersion through the molded part and, as consequence, on the probability of contact between aggregates, enabling or hindering creation of an electrically conductive network. In this project, two CCB types were used as conductive fillers for PE in 10% to evaluate influence of their structures on conductivity. Influence of molding was evaluated by two different methods, injection and compression molding. TGA, DSC, PLOM, oscillatory state rheology, SEM, thermal treatments, skin removal and electrical resistivity analysis were conducted, and results confirmed influence of CCB structure and molding process as key-drivers to obtain electrically conductive parts. The lower structuration degree of CCB, associated with molecular and aggregates orientation in the skin layer resulting from the injection molding process, undermined formation of the electrical percolation network, which was not noted for compression molded parts. Polymeric matrix characteristics have shown less importance to occurrence of electrical percolation phenomenon. |
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These parts are typically produced with a polyethylene (PE) compound, and should present static dissipator behavior, avoiding accumulation of electric charges that could cause ignitions during fuel feeding. PE is an electrical insulative material and, therefore, it is necessary to fill it with electrically conductive additives, such as conductive carbon black (CCB), to electrical percolation phenomenon occur and desired electrical behavior to be reached. Electrical conductivity of the part will depend on CCB structure and its chemical composition. Matrix composition, viscosity and molding process will influence on CCB dispersion through the molded part and, as consequence, on the probability of contact between aggregates, enabling or hindering creation of an electrically conductive network. In this project, two CCB types were used as conductive fillers for PE in 10% to evaluate influence of their structures on conductivity. Influence of molding was evaluated by two different methods, injection and compression molding. TGA, DSC, PLOM, oscillatory state rheology, SEM, thermal treatments, skin removal and electrical resistivity analysis were conducted, and results confirmed influence of CCB structure and molding process as key-drivers to obtain electrically conductive parts. The lower structuration degree of CCB, associated with molecular and aggregates orientation in the skin layer resulting from the injection molding process, undermined formation of the electrical percolation network, which was not noted for compression molded parts. Polymeric matrix characteristics have shown less importance to occurrence of electrical percolation phenomenon.Automóveis movidos à etanol e gasolina possuem em comum uma peça termoplástica moldada pelo processo de injeção, o bocal do tanque de combustível. Essa peça, tipicamente produzida com compósitos à base de polietileno (PE), deve apresentar comportamento elétrico de dissipador estático, para que seja evitado o acúmulo de cargas elétricas que possam causar ignição durante o abastecimento. O PE é um material isolante elétrico e, portanto, é necessário carregá-lo com cargas condutoras de eletricidade, como negro de fumo condutor (NFC), para que ocorra o fenômeno de percolação elétrica e o material torne-se um dissipador estático. A condutividade elétrica do NFC depende de sua composição química e a estrutura. A viscosidade e composição da matriz polimérica e o método de conformaçãoinfluenciam na dispersão do NFC ao longo da peça moldada e, consequentemente,na probabilidade de contato entre os agregados, facilitando ou dificultando a formação de redes de percolação. Neste trabalho avaliou-se dois tipos distintos de NFC e dois métodos de moldagem para obtenção de peças dissipadoras estáticas. Preparou-se compósitos de PEs carregados com 10% em massa de NFC, e os materiais foram moldados pelos processos de injeção e compressão. Análises de TGA, DSC, MOLP, reometria, MEV, tratamentos térmicos de recozimento, remoção de camadas superficiais, e ensaios de resistividade elétrica foram realizados. Os resultados confirmaram a influência da estrutura do NFC e do processo de moldagem do compósito na obtenção e peças condutoras de eletricidade. O menor grau de estruturação do NFC associado à orientação molecular e de agregados na região superficial resultante do processo de injeção prejudicaram a formação da rede de percolação elétrica, o que não ocorreu para amostras moldadas pelo processo de compressão. As características da matriz polimérica mostraram-se fatores de menor influência para a ocorrência do fenômeno da percolação elétrica.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessPolyethyleneConductiveCarbonBlackElectricalPercolationInjectionMoldingCompressionENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS9. Indústria, Inovação e InfraestruturaPolietilenoNegroDeFumoCondutivoPercolaçãoElétricaMoldagemPorInjeçãoCompressãoAvaliação dos parâmetros que afetam o comportamento elétrico de polietileno de alta densidade aditivado com negro de fumo condutorEvaluation of parameters that affect the electrical behaviour of high density polyethylene filled with conductive carbon blackinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALJorge Henrique Faber Boog - Dissertação.pdfJorge Henrique Faber Boog - Dissertação.pdfapplication/pdf3341682https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/79e22847-0b2a-462f-8b95-ab5dfb9b859a/downloadfa03155080201dd5ace08a18dd15ccd7MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2ef16a4c-f567-4619-a7fd-a0705c7817a7/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADTEXTJorge Henrique Faber Boog - Dissertação.pdf.txtJorge Henrique Faber Boog - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain103208https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/467131fc-92ab-477c-beb5-fd1ea78b5a94/downloaddee85c2246dad1adb52fbdbef6d3fb88MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILJorge Henrique Faber Boog - Dissertação.pdf.jpgJorge Henrique Faber Boog - Dissertação.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4663https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/c1b04393-1835-454a-9927-e06bee3110d7/download3725a43891570e80b84787f9de46ce1cMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/231422025-12-06T03:16:08.023350Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23142https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-12-06T03:16:08Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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