Compósitos com interfaces autorreparáveis de poli(metacrilato de metila) (PMMA) contendo fibras de carbono decoradas com pontos quânticos de carbono
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/36708 https://orcid.org/0000-0002-4953-1692 |
Resumo: | O descolamento interfacial entre matriz polimérica e fibras em compósitos é frequentemente observado quando cargas mecânicas são aplicadas a estes compósitos poliméricos reforçados com fibras. Esses defeitos geralmente acabam levando a uma fratura catastrófica dos compósitos. Neste trabalho, testamos a hipótese de que interfaces em compósitos poliméricos poderiam ser projetadas e criadas para exibir habilidades de autorreparo, na região interfacial entre a fibra e a matriz polimérica, para que pudessem se recuperar de qualquer dano eventual e resistir a novas cargas mecânicas. A metodologia de autorreparo proposta é pela adição de pontos quânticos de carbono. Os pontos de carbono (PC) foram dispersos na superfície de fibras de carbono (FC) tratadas quimicamente pelo método de imersão. Essas fibras decoradas foram incorporadas na matriz de poli(metacrilato de metila) pelo método de moldagem por compressão, utilizando-se o tecido de FC e pelo método de misturador por alta intensidade com FC picadas. Os PC com diâmetros de 10nm (comprovado por MET) e com grupos funcionais, como grupos amina e carboxílicos (comprovados por CHN e FTIR), foram sintetizados com sucesso pelo método de pirólise por micro-ondas. A deposição de PC na superfície das FC foi avaliada e quantificada por espectroscopia UV-vis e foi determinado 1,2% em peso de PC na FC. Imagens AFM da superfície das fibras de carbono mostraram diferença de rugosidade entre as fibras tratadas. Compósitos com diferentes tratamentos de superfície (incluindo a presença de PC) não mostraram diferenças significativas em resistência, rigidez e amortecimento, sugerindo que os tratamentos de superfície na FC não levaram a grandes mudanças no grau de interação interfacial. Para os compósitos fabricados pelo método de misturador de alta intensidade foi possível indicar pelo teste de autorreparo que os compósitos danificados com FC decorado com PC foram capazes de restaurar suas propriedades originais, enquanto nenhum efeito de autorreparo foi observado em compósitos sem PC na FC. O comportamento de autorreparo observado entre PMMA e FC com PC é devido às interações entre grupos químicos na superfície do PC e PMMA. Assim, os danos relacionados aos descolamentos interfaciais da matriz da fibra podem ser reparados por meio de interações reversíveis baseadas em PC. |
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Rodrigo Lambert Oréficehttp://lattes.cnpq.br/4612177644565039Kássio André LacerdaRenata Costa Silva Araújohttp://lattes.cnpq.br/9343948162833263Érica Correia Duarte2021-07-09T17:06:44Z2021-07-09T17:06:44Z2020-02-18http://hdl.handle.net/1843/36708https://orcid.org/0000-0002-4953-1692O descolamento interfacial entre matriz polimérica e fibras em compósitos é frequentemente observado quando cargas mecânicas são aplicadas a estes compósitos poliméricos reforçados com fibras. Esses defeitos geralmente acabam levando a uma fratura catastrófica dos compósitos. Neste trabalho, testamos a hipótese de que interfaces em compósitos poliméricos poderiam ser projetadas e criadas para exibir habilidades de autorreparo, na região interfacial entre a fibra e a matriz polimérica, para que pudessem se recuperar de qualquer dano eventual e resistir a novas cargas mecânicas. A metodologia de autorreparo proposta é pela adição de pontos quânticos de carbono. Os pontos de carbono (PC) foram dispersos na superfície de fibras de carbono (FC) tratadas quimicamente pelo método de imersão. Essas fibras decoradas foram incorporadas na matriz de poli(metacrilato de metila) pelo método de moldagem por compressão, utilizando-se o tecido de FC e pelo método de misturador por alta intensidade com FC picadas. Os PC com diâmetros de 10nm (comprovado por MET) e com grupos funcionais, como grupos amina e carboxílicos (comprovados por CHN e FTIR), foram sintetizados com sucesso pelo método de pirólise por micro-ondas. A deposição de PC na superfície das FC foi avaliada e quantificada por espectroscopia UV-vis e foi determinado 1,2% em peso de PC na FC. Imagens AFM da superfície das fibras de carbono mostraram diferença de rugosidade entre as fibras tratadas. Compósitos com diferentes tratamentos de superfície (incluindo a presença de PC) não mostraram diferenças significativas em resistência, rigidez e amortecimento, sugerindo que os tratamentos de superfície na FC não levaram a grandes mudanças no grau de interação interfacial. Para os compósitos fabricados pelo método de misturador de alta intensidade foi possível indicar pelo teste de autorreparo que os compósitos danificados com FC decorado com PC foram capazes de restaurar suas propriedades originais, enquanto nenhum efeito de autorreparo foi observado em compósitos sem PC na FC. O comportamento de autorreparo observado entre PMMA e FC com PC é devido às interações entre grupos químicos na superfície do PC e PMMA. Assim, os danos relacionados aos descolamentos interfaciais da matriz da fibra podem ser reparados por meio de interações reversíveis baseadas em PC.Fiber-polymer matrix interfacial debonding is often observed when mechanical loads are applied to fiber reinforced polymer composites. These defects usually end-up leading to a catastrophic fracture of the composites. In this work, we tested the hypothesis that interfaces in polymer composites could be designed and created to display self-healing abilities, so they could recover from any eventual damage and be able to withstand new mechanical loadings. The proposed self-repair methodology is the addition of carbon quantum dots, the carbon dots (CD), dispersed on the surface of carbon fibers (CF) chemically treated by an immersion method. These decorated fibers were then incorpo-rated into poly(methyl methacrylate) (PMMA) by the compression molding method, when the carbon fiber meshes were used, and by the high intensity mixer method with chopped carbon fibers. CDs with diameters of 10 nm (by TEM) and functional groups (by CHN and FTIR), such as amine and carboxylic groups were successfully synthe-sized by the microwave pyrolysis method. The deposition of CD on the surface of CF was evaluated and quantified by UV-vis spectroscopy and 1.2wt.% of CD on CF was determined. AFM images of the surface of the carbon fibers showed a difference in roughness between the treated fibers. Composites with different surface treatments (in-cluding the presence of CD) did not show significant differences in strength, stiffness and damping, suggesting that the surface treatments on CF did not lead to major chang-es in the degree of interfacial interaction. Self-healing tests showed that damaged com-posites with CD decorated CF were able to restore their original properties, while no self-healing effect was noted in composites with no CD on CF. The observed self-healing behavior between PMMA and CF decorated with CD is due to the interactions between chemical groups on the surface of the CD and PMMA. Thus, damages related to fiber-matrix interfacial detachments can be repaired through reversible interactions based on CD.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas GeraisCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de MinasUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICAMateriaisCiência dos materiaisCompósitos poliméricosFibras de carbonoInterfaceCompósitosFibras de carbonoAutorreparoInterfacePontos de carbonoCompósitos com interfaces autorreparáveis de poli(metacrilato de metila) (PMMA) contendo fibras de carbono decoradas com pontos quânticos de carbonoCarbon fiber reinforced poly(methyl methacrylate)(PMMA) composites with healable interfaces containing quantum carbon dotsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGORIGINALDissertação _ ERICA CORREIA DUARTE_1.pdfDissertação _ ERICA CORREIA DUARTE_1.pdfapplication/pdf5607469https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/36708/4/Disserta%c3%a7%c3%a3o%20_%20ERICA%20CORREIA%20DUARTE_1.pdfad0c7fa844d4c8978ceb14032c9bad53MD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/36708/5/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD551843/367082021-07-09 14:06:45.087oai:repositorio.ufmg.br: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ório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2021-07-09T17:06:45Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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