Caracterização de filamentos comerciais de PLA e avaliação dos parâmetros de manufatura aditiva na condutividade térmica

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Resende, Fernando Henrique Rufino [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Grafeno; Poli(ácido láctico); Manufatura aditiva; Condutividade térmica; Nanotecnologia; Termoplásticos; Graphene; Poly(lactic acid); Additive manufacturing; Thermal conductivity; Nanotechnology
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/257980; http://lattes.cnpq.br/5072925114504294

A manufatura aditiva, uma tecnologia que vem ganhando grande popularidade nos últimos anos, permite a produção de peças a partir de modelos 3D. Entre as sete subdivisões atualmente reconhecidas nessa área, conforme o comitê ASTM F42, o grupo de extrusão de material, que utiliza filamentos fundidos, foi o escolhido para este trabalho. Dois tipos de filamentos comerciais foram utilizados: PLA (poli(ácido láctico)) puro e PLA modificado com grafeno. O PLA é um termoplástico biodegradável, enquanto o grafeno, composto por uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura hexagonal, é um excelente condutor térmico e elétrico, além de ser rígido e leve. O objetivo deste trabalho foi caracterizar os filamentos de PLA e PLA/grafeno, produzir amostras desses materiais via manufatura aditiva, e avaliar a influência de parâmetros de impressão 3D na condutividade térmica das amostras impressas. A caracterização dos filamentos foi realizada por meio de diversas técnicas, incluindo: determinação da massa específica, difração de Raios-X (DRX), espectroscopia Raman, microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria exploratória diferencial (DSC), termogravimetria (TGA) e análise termomecânica (TMA). As análises de massa específica e espectroscopia confirmaram a presença de grafeno no filamento de PLA/grafeno, em uma concentração aproximada de 1% em massa. A temperatura de transição vítrea (Tg) do PLA e do PLA/grafeno foi semelhante (62°C e 63°C, respectivamente), assim como as temperaturas de fusão (Tm), de 155°C e 156°C, e os valores de entalpia de fusão (28 J/g). Esses resultados indicam que a adição de grafeno não alterou significativamente as Tg e Tm do PLA. A estabilidade térmica do PLA aumentou em 5,39% com a adição do grafeno. A 50°C, o tempo de meia-vida do PLA foi de 28,7 anos, enquanto o PLA/grafeno apresentou um tempo de meia-vida de 58,4 anos. A energia de ativação para o PLA foi de 95,521 kJ/mol, enquanto para o PLA/grafeno foi de 100,245 kJ/mol, considerando uma perda de massa de 5%. O coeficiente de expansão térmica de ambos os filamentos foi de 87 µm/m°C, mostrando que a adição de grafeno não afetou esse parâmetro. A condutividade térmica foi maior a 25°C do que a 60°C para todas as condições de impressão estudadas, sendo a maior condutividade observada na condição com velocidade de viagem alterada. No entanto, a adição de grafeno não aumentou a condutividade térmica da matriz polimérica, sugerindo uma interação limitada ou inexistente entre o grafeno e a matriz de PLA. Conclui-se que, embora o grafeno tenha aumentado o tempo de vida útil estimado para o PLA em 104%, baseado na cinética de decomposição térmica, não houve um ganho significativo nos valores de condutividade térmica para os filamentos comerciais analisados.