Desenvolvimento de nanocompósito de poliamida 6 e óxido de grafeno e união com alumínio 6061 por sobremoldagem por injeção
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Data de Publicação: | 2023 |
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Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18379 |
Resumo: | Polymer-metal hybrid structures are presented as an alternative to the transportation industry, since they are able to combine high mechanical strength and lightness. The present study focuses on obtaining hybrid joints of polyamide 6 (PA6) and graphene oxide (GO) nanocomposite with aluminum alloy AA6061 through injection overmolding. GO was synthesized from pristine graphene using modified Hummers method and characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The PA6-GO nanocomposite (99.5/0.5 %) was prepared by melt mixing from a concentrate produced in a thermokinetic mixer (DRAIS), followed by dilution in a twin-screw extruder. The obtained material was injection molded into standard specimens for testing and analysis. SEM analysis showed the absence of GO clusters in PA6. Thermogravimetric analysis (TGA) demonstrated that the thermal stability of PA6 is not affected by the incorporation of GO. Differential scanning calorimetry (DSC) revealed that GO acts as a nucleating agent and reduces the crystallization rate of PA6. Mechanical tests showed that the addition of 0.5% GO provided a 21% increase in the elastic modulus and a 16% increase in the tensile strain, with an 81% reduction in strain at break and a 44% reduction in the IZOD impact strength. The metallic substrate AA6061 was laser-textured with grooves spaced by 100 μm, with a width of 56 ± 6 μm and a depth of 50 ± 5 μm, analyzed by confocal laser microscopy. Optical microscopy analysis of the cross-section of PA6/AA6061 and PA6-GO/AA6061 hybrid joints revealed complete polymer penetration into the metal cavities, resulting in good mechanical anchoring and shear strength of 8,3 ± 0,8 and 7,1 ± 1,7 MPa, respectively, with failure by delamination and polymer fracture. Fractured surfaces were analyzed by SEMEDS, where the presence of aluminum adhered to the polymer was observed, indicating cohesive joint failure. |
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Luiz, Giuliana De MitriCanto, Leonardo Brescianihttp://lattes.cnpq.br/7287108960864123http://lattes.cnpq.br/6260013149420556https://orcid.org/0000-0002-9689-2044https://orcid.org/0000-0002-4138-005X9c196ca9-a1b0-4d7a-a449-76697166296d2023-08-08T17:26:35Z2023-08-08T17:26:35Z2023-04-28LUIZ, Giuliana De Mitri. Desenvolvimento de nanocompósito de poliamida 6 e óxido de grafeno e união com alumínio 6061 por sobremoldagem por injeção. 2023. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18379.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18379Polymer-metal hybrid structures are presented as an alternative to the transportation industry, since they are able to combine high mechanical strength and lightness. The present study focuses on obtaining hybrid joints of polyamide 6 (PA6) and graphene oxide (GO) nanocomposite with aluminum alloy AA6061 through injection overmolding. GO was synthesized from pristine graphene using modified Hummers method and characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM). The PA6-GO nanocomposite (99.5/0.5 %) was prepared by melt mixing from a concentrate produced in a thermokinetic mixer (DRAIS), followed by dilution in a twin-screw extruder. The obtained material was injection molded into standard specimens for testing and analysis. SEM analysis showed the absence of GO clusters in PA6. Thermogravimetric analysis (TGA) demonstrated that the thermal stability of PA6 is not affected by the incorporation of GO. Differential scanning calorimetry (DSC) revealed that GO acts as a nucleating agent and reduces the crystallization rate of PA6. Mechanical tests showed that the addition of 0.5% GO provided a 21% increase in the elastic modulus and a 16% increase in the tensile strain, with an 81% reduction in strain at break and a 44% reduction in the IZOD impact strength. The metallic substrate AA6061 was laser-textured with grooves spaced by 100 μm, with a width of 56 ± 6 μm and a depth of 50 ± 5 μm, analyzed by confocal laser microscopy. Optical microscopy analysis of the cross-section of PA6/AA6061 and PA6-GO/AA6061 hybrid joints revealed complete polymer penetration into the metal cavities, resulting in good mechanical anchoring and shear strength of 8,3 ± 0,8 and 7,1 ± 1,7 MPa, respectively, with failure by delamination and polymer fracture. Fractured surfaces were analyzed by SEMEDS, where the presence of aluminum adhered to the polymer was observed, indicating cohesive joint failure.Estruturas híbridas polímero-metal se apresentam como alternativa para a indústria de transportes, uma vez que conseguem conciliar elevada resistência mecânica e leveza. O presente trabalho se concentra na obtenção de juntas híbridas de nanocompósito de poliamida 6 (PA6) e óxido de grafeno (GO) sobre liga de alumínio 6061-T6 através de sobremoldagem por injeção. O GO foi sintetizado a partir do grafeno pristino através do método de Hummers modificado e caracterizado por espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). O nanocompósito PA6-GO (99,5/0,5%) foi preparado por mistura no estado fundido a partir de um concentrado produzido em misturador termocinético (DRAIS) seguido de diluição em extrusora dupla rosca. O material obtido foi moldado por injeção na forma de corpos de prova para ensaios e análises. Análise por SEM evidenciou a ausência de aglomerados de GO na PA6. Análise termogravimétrica (TGA) mostrou que a estabilidade térmica da PA6 não é afetada pela incorporação do GO. Análise térmica por calorimetria exploratória diferencial (DSC) revelou que o GO age como agente nucleante e reduz a taxa de cristalização da PA6. Ensaios mecânicos mostraram que a adição de 0,5% de GO proporcionou ganho de 21% no módulo elástico e 16% na tensão de escoamento com redução da deformação na ruptura de 81% e da resistência ao impacto IZOD de 44%. O substrato metálico AA6061 foi texturizado a laser na forma de cavidades (‘grooves’) espaçadas de 100 um com largura de 56 ± 6 um e profundidade de 50 ± 5 um, analisadas por microscopia confocal a laser. Análise por microscopia óptica da seção transversal de juntas híbridas PA6/AA6061 e PA6-GO/AA6061 revelou penetração completa do polímero nas cavidades do metal, o que resultou em boa ancoragem mecânica e resistência ao cisalhamento de, respectivamente, 8,3 ± 0,8 e 7,1 ± 1,7 MPa, com falha por delaminação e fratura do polímero. As superfícies fraturadas foram analisadas por MEV-EDS, onde foi evidenciada presença de alumínio aderido ao polímero, indicando falha coesiva das juntas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.511885/2020-00porUniversidade 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/openAccessJuntas híbridasPoliamida 6Óxido de grafenoAlumínioHybrid jointsPolyamide 6Graphene oxideAluminumENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSDesenvolvimento de nanocompósito de poliamida 6 e óxido de grafeno e união com alumínio 6061 por sobremoldagem por injeçãoDevelopment of polyamide 6 and graphene oxide nanocomposite and joining with aluminum 6061 through injection overmoldinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600807eefcb-da11-4f31-83b1-a2b0d87838e0reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALGiuliana De Mitri Luiz - Dissertação.pdfGiuliana De Mitri Luiz - Dissertação.pdfapplication/pdf2268249https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18379/1/Giuliana%20De%20Mitri%20Luiz%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdfd0de2c340d32c50e35ffc2afd4460975MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18379/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTGiuliana De Mitri Luiz - Dissertação.pdf.txtGiuliana De Mitri Luiz - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain126432https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18379/3/Giuliana%20De%20Mitri%20Luiz%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o.pdf.txt0c4b6a34c0c293b1472eeb4a5135fed3MD53ufscar/183792024-05-14 18:28:41.377oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18379Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T18:28:41Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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