Desenvolvimento e caracterização de nanocompósitos híbridos modificados com estruturas de Grafeno

• Autor(a) principal: Maria Gabriela Reis Carvalho
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8S7HR3
• topic: Engenharia Mecânica; Projetos mecânicos; Engenharia mecânica

Este estudo teve como objetivos principais o desenvolvimento e a caracterização de nanocompósitos híbridos contendo estruturas de grafeno para aplicações biomédicas. Como reforço macroscópico foram utilizados tecidos de fibra de vidro e de carbono, com tessitura plana e gramatura igual a 220g/m2. Para a produção das estruturas de grafeno foi utilizado o grafite HC 11-IQ, modificado com ácidos clorídrico e nítrico. O grafite foi disperso em diferentes meios (clorofórmio ou DMF) por meio de ultrassom de alta potência por 60 minutos. O sistema epoxídico DGEBA foi modificado pela dispersão de nanopartículas utilizando-se para isso um processo envolvendo mistura por ultrassom e mistura por alto cisalhamento. Em todos os casos, as concentrações de nanopartículas em relação à matriz polimérica foram de 0,5% e 1,0%, em peso. A morfologia das estruturas de grafeno foi avaliada por meio de Difração de Raios X (DRX), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia de Raman. O desempenho mecânico dos nanocompósitos poliméricos foi avaliado por meio de nanoindentação. Já o desempenho mecânico dos nanocompósitos híbridos foi avaliado por meio de ensaios de Flexão de Três Pontos (ASTM D790). A análise morfológica das nanopartículas por DRX mostrou que o espaçamento basal entre as camadas do grafite não se alterou com o processo de dispersão por ultrassom. A análise do tamanho dos cristais, a MEV e a MET, por outro lado, indicaram que o grafite foi quebrado em estruturas de grafeno contendo poucas lâminas. A espectroscopia de Raman apontou estruturas contendo entre duas e dez lâminas de grafeno. Por meio da DRX foi possível verificar que a dispersão das diferentes nanopartículas por ultrassom e alto-cisalhamento na matriz polimérica não foi efetivo para o aumento do espaçamento basal ente as lâminas das estruturas de grafeno formadas. A nanoindentação apontou que a adição de concentrações de nanopartículas iguais a 0,5% e 1%, de um modo geral, não alteraram as propriedades locais do polímero. Por meio dos ensaios de flexão, entretanto, observou-se que os compósitos contendo nanopartículas que passaram por um processo prévio de dispersão apresentaram melhor desempenho mecânico quando comparados ao compósito convencional e aos compósitos produzidos com HC11-IQ. Para o módulo de elasticidade, o compósito contendo 0,5% de nanopartículas modificadas com clorofórmio apresentou uma superioridade de 19% em relação ao compósito convencional e 10,48% em relação àquele produzido com HC11-IQ. Em relação à tensão máxima, a superioridade foi de 16,5% em relação ao compósito convencional e 16,15% em relação ao compósito contendo HC11-IQ. Os resultados demonstram, portanto, que a dispersão prévia das nanopartículas em solventes orgânicos por meio do método proposto pode influenciar positivamente as propriedades mecânicas dos nanocompósitos híbridos. Além disso, verificou-se que as propriedades mecânicas dos compósitos desenvolvidos são superiores àquelas dos materiais comumente utilizados na fabricação de dispositivos ortopédicos