Efeito da incorporação de nanocargas em compósito laminado de tecido de aramida e filme de polietileno

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Roman Júnior, Celso
• Orientador(a): Zattera, Ademir José
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng; por
• Palavras-chave em Português: Grafeno; Nanotecnologia; Nanocompósitos (Materiais); Resistência de materiais; Materiais - Testes; Balística - Proteção
• Palavras-chave em Inglês: Graphene; Nanotechnology; Nanocomposites (Materials); Strength of materials; Materials - Testing; Ballistics - Protection
• Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/13438

O avanço das tecnologias táticas e militares torna essencial a melhoria de sistemas de blindagem, como coletes e capacetes, buscando funcionalidade aprimorada, menor densidade e maior flexibilidade. Uma estratégia para aprimorar essas propriedades é substituir os materiais convencionais por alternativos, como os polímeros considerados commodities, que são acessíveis e possuem propriedades mecânicas, químicas e térmicas atrativas. A adição de nanocargas em matrizes poliméricas tem se destacado, elevando as propriedades de materiais denominados nanocompósitos, especialmente as propriedades mecânicas e térmicas. Entre as nanocargas, destaca-se o carbonato de cálcio (NCC), argilas do tipo montmorilonita (MMT) e nanoplaquetas de grafeno (GNP), cada uma com morfologia e características distintas. Até o momento, não foi reportado nas pesquisas em literatura o uso de carbonato de cálcio em nanopartículas para aplicações balísticas combinadas com polímero termoplástico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da incorporação de diferentes nanocargas (NCC, MMT e GNP) em filmes de polietileno de alta densidade (PEAD), e em compósitos laminados obtidos com tecido de aramida intercalado com os filmes de PEAD nanorreforçados, visando a sua aplicação potencial em proteção balística. Na produção dos filmes, as nanocargas e o PEAD foram submetidas à extrusão dupla rosca, e em seguida uma extrusão de filme tubular para fabricação dos filmes com espessura ~50 µm. Posteriormente, o tecido de aramida e os filmes foram cortados, dispostos em camadas intercaladas e foram prensados a quente. Na etapa 1, avaliaram-se compósitos laminados, contendo filmes de PEAD e NCC em concentrações de 0, 0,5, 1 e 2% em massa. A partir da concentração definida na etapa 1, novos filmes com MMT e GNP e filmes híbridos contendo 0.5% de cada carga foram produzidos e caracterizados, incluindo a avaliação da adição de agente de acoplamento, sendo PEAD grafitizado com anidrido maleico. Na etapa 3, compósitos laminados com tecido de aramida e filmes nanoestruturados foram confeccionados e caracterizados. Na etapa 1, no ensaio de compressão dinâmica em barra Hopkinson (SHPB), a amostra contendo 1% de NCC apresentou um comportamento superior de dissipação de energia entre as demais, sendo 1,0% a concentração pré-definida para a produção dos demais filmes na etapa subsequente. Todas as amostras da etapa 1 foram enquadradas no nível balístico de proteção III-A. Os filmes apresentam superfície homogênea, com exceção das amostras contendo GNP, aumento na viscosidade com a adição das nanocargas, e um único evento térmico de perda de massa, em torno de 475 ºC. Os resultados para a resistência à tração mostram que a NCC e MMT reforçam o filme, enquanto a amostra contendo GNP apresenta maior cristalinidade (62%), apresenta valores inferiores ao PE puro. No ensaio de compressão dinâmica em barra Hopkinson, as amostras contendo 1% de NCC com anidrido maleico, 1% de MMT e 1% de GNP resultam em maiores valores de tensão e tenacidade, já as amostras híbridas não apresentam resultados satisfatórios. Na etapa 3, os compósitos laminados foram avaliados por SHPB, e além das amostras com NCC, MMT, e GNP, foram feitas amostras hibridas intercalando 1 filme de cada nanocarga. As amostras que se destacaram e obtiveram um comportamento de tensão e tenacidade superior em altas taxas de deformação, contribuindo para uma melhor dissipação de energia, foram aquelas contendo filme de PEAD com 1% de GNP e a amostra híbrida contendo filmes de PEAD com 1% de GNP e PEAD com 1% de NCC intercalados. [resumo fornecido pelo autor]