Desenvolvimento de compósitos híbridos de polipropileno e grafeno com fibra de vidro para injeção

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Ost, Charles Antonio
• Orientador(a): Zattera, Ademir José
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng; por
• Palavras-chave em Português: Polipropileno; Fibras de vidro; Grafeno; Reologia; Nanocompósitos (Materiais)
• Palavras-chave em Inglês: Polypropylene; Glass fibers; Graphene; Rheology; Nanocomposites (Materials)
• Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/15093

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a avaliação de compósitos híbridos à base de polipropileno homopolímero (PP) da Braskem H301, fibra de vidro (FV) 405B da Owens Corning e nanoplaquetas de grafeno (NPG) da UCSGRAPHENE UGZ 1004 para o processo de injeção. Foram produzidas formulações variando os teores de FV e NPG, com e sem o uso de polipropileno maleinizado (PPMA) polybond 3200 como agente compatibilizante, visando otimizar propriedades mecânicas, térmicas e reológicas, além de investigar o potencial de melhoria na processabilidade. A metodologia contemplou a caracterização das matérias-primas, processamento em extrusão e injeção, e avaliação das amostras por microscopia eletrônica de varredura (MEV), ensaios mecânicos, análise dinâmico-mecânica térmica (DMA), reologia capilar, calor específico, calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise de fluência. Como abordagem inovadora, foram obtidos dados de Pressão-Volume-Temperatura (PVT) e ajustados ao modelo de Tait em dois domínios, permitindo correlacionar parâmetros volumétricos com propriedades mecânicas e térmicas. A adição de FV aumentou a resistência mecânica à tração em até 22% em comparação ao PP puro. A presença de grafeno apesar de não ter influência significativa na resistência à tração ou flexão, foi capaz de aumentar a tenacidade do material nas amostras com fibra de vidro. Destaque para a comparação da amostra apenas com o aditivo PPMA (H1F) e a amostra com NPG (H2F) ambas com FV, onde o grafeno apresentou um aumento de 73% na tenacidade em comparação ao par com PPMA. A presença combinada de FV e NPG resultou em ganhos específicos de rigidez e estabilidade térmica, enquanto o uso de PPMA favoreceu a adesão interfacial e a preservação do comprimento de fibra. A análise PVT permitiu identificar a influência das cargas na temperatura de transição volumétrica (b₅) e na sensibilidade à pressão (b₃ e b₄). Ainda foi possível identificar que a fibra de vidro diminui a cristalização, com o grafeno sendo capaz de mitigar essa característica, resultado que de certa forma corrobora com os achados na análise de DSC, onde a presença de NPG restaura a cristalinidade do material para o nível do PP puro. As evidências demonstram que o modelo de Tait pode ser empregado como ferramenta complementar para caracterização e seleção de compósitos para aplicações industriais. A pesquisa contribui para a compreensão das interações entre nanocargas e reforços convencionais em matrizes poliméricas, trazendo dados e metodologia que podem aprimorar a produção de componentes injetados, com potencial aplicação no setor automotivo e em outras áreas que demandam alta relação resistência/peso e durabilidade. [resumo fornecido pelo autor]