Desenvolvimento e caracterização de filmes poliméricos de polietileno com adição de nanocargas para aplicação em blindagem balística

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Dallé, Danieli
• Orientador(a): Zattera, Ademir José
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng; por
• Palavras-chave em Português: Materiais - Testes; Resistência de materiais; Polímeros; Polietileno; Nanocompósitos (Materiais)
• Palavras-chave em Inglês: Materials - Testing; Strength of materials; Polymers; Polyethylene; Nanocomposites (Materials)
• Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/12138

O desenvolvimento de novos materiais de engenharia para fins de proteção individual ou coletiva é crescente. Em virtude do avanço das tecnologias táticas e militares, faz-se necessário o aperfeiçoamento de sistemas de blindagem, por exemplo, coletes e capacetes mais funcionais, com menor densidade e maior flexibilidade. Aliado a essas propriedades, busca-se a redução de custos, sem comprometer a absorção de impacto. Uma alternativa para melhorar estas propriedades é a substituição dos materiais usuais por materiais alternativos, como os polímeros considerados commodities, que são acessíveis e apresentam propriedades mecânicas, químicas e térmicas atrativas. A adição de nanocargas em matrizes poliméricas tem sido destaque nos últimos anos, devido às suas características vantajosas em relação aos materiais puros, elevando as propriedades dos materiais denominados nanocompósitos, como as propriedades mecânicas e térmicas. Dentre as nanocargas, pode-se citar a celulose nanofibrilada (CNF), nanoargila (ARG) e nanoplaquetas de grafeno (NPG), cada uma com morfologia e características distintas. O uso de celulose para este tipo de aplicação, combinada com polímero termoplástico não foi encontrado na literatura, sendo um ponto positivo para a inovação tecnológica da pesquisa. O objetivo deste trabalho foi desenvolver filmes nanoestruturados de polietileno de alta e baixa densidade (PEAD/PEBD) com a incorporação de diferentes nanocargas para posterior obtenção de placas multicamadas com tecido de aramida (AR), visando a potencial aplicação para proteção balística. Para produção dos filmes, masterbatch de CNF em PEBD foi incorporado à PEAD e as pré misturas submetidas a uma extrusora duplarrosca seguida de processamento por extrusora monorrosca para obtenção de um filme polimérico por sopro. Posteriormente, o tecido de AR e os filmes foram cortados, dispostos em camadas intercaladas, e submetidos à compressão a quente e a frio, respectivamente. As primeiras placas multicamadas com adição de filmes de PEAD/PEBD, com CNF nas concentrações de 0, 0,5, 1,0 e 1,5% em massa (m/m), foram avaliadas na etapa 1, e com a melhor concentração, foram produzidos novos filmes com ARG e NPG, também foi avaliado a adição de agente de acoplamento (CA). Todos os filmes nanoestruturados foram caracterizados na etapa 2. Na etapa 3, placas multicamadas com os filmes nanoestruturados provenientes da etapa 2 foram confeccionadas e caracterizadas. Na etapa 1, no ensaio de compressão dinâmica em barra Hopkinson (SHPB) a amostra PEAD/PEBD/1.0CNF/AR obteve comportamento de dissipação de energia superior as demais, sendo 1,0% a concentração pré definida para produção de demais filmes na etapa subsequente. Todas as amostras da etapa 1 foram enquadradas em nível balístico de proteção III-A. Na etapa 2, os filmes com adição de ARG e NPG mostraram resultados superiores em relação à análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), ensaio dinâmico-mecânico (DMA), índice de fluidez (IF) e resistência à tração. Os filmes de CNF+CA e a amostra matriz com adição de CA (PEAD/PEBD+CA) também apresentaram incremento de algumas propriedades. Na etapa 3, as placas multicamadas foram avaliadas por SHPB, sendo que as amostras com ARG, NPG, e PEAD/PEBD+CA obtiveram comportamento de tensão superior a altas taxas de deformação, contribuindo para melhor dissipação de energia nestas placas. Todas as amostras da etapa 3 foram enquadradas em nível balístico de proteção III-A, e a deformação posterior (DP) foi reduzida nas amostras com ARG e NPG, em 12 e 13% em relação à amostra bruta (PEAD/PEBD/AR), respectivamente. Nos ensaios mecânicos, o módulo de elasticidade na resistência à flexão foi mais pronunciado, sendo 44% superior para as amostras com CNF+CA e NPG, e 18% para a amostra com ARG. Os resultados mostraram que a adição de nanocargas pode ser uma alternativa viável para aplicação em compósitos multicamadas, junto com AR, para fins de proteção balística, mantendo e/ou aprimorando as propriedades mecânicas e de impacto. [resumo fornecido pelo autor]