Preparação e caracterização de compósitos de borracha natural pré-vulcanizada e negro de fumo com vistas para utilização como sensor mecânico de alta deformação
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMT |
Texto Completo: | http://ri.ufmt.br/handle/1/4351 |
Resumo: | Elastomers are materials that have high deformation when subjected to a mechanical action, and are traditionally electrical insulators. However, there are cases where considerable electrical conductivity and certain mechanical deformation are required in the same material, for applications such as the monitoring of structures. The combination of pre-vulcanized natural rubber (PNR) with carbon black (CB) results in a conductive polymeric composites or also called extrinsic conductive polymers with suitable elasticity to be integrated into systems as piezo-resistive sensors with large deformations, which may be applied to robots surfaces and different structures, such as buildings, bridges, tunnels, dams, airplanes, ships, wind turbines, and many others that require daily monitoring to avoid accidents. In this work we present a development of materials with potential to be used as piezo-resistive sensors based on conductive polymer composites. Their electrical, mechanical and morphological properties was characterizes and a study of their performance as a sensor (piezo-resistive test), was performed. The percolation threshold (existence of at least one electric conduction path in the sample) in the composites, in which, along the surface, was reached at 5% CB into the polymer matrix. The strain-strain tests showed that with the increase in charge concentration (CB) in the polymer matrix, the rupture deformation remains close to 400%, however there is an increase in the Young's modulus, which implies that the CB particles served as reinforcement in the PNR matrix. Scanning Electron Microscopy images shared several aggregates and agglomerates, forming conductive paths in the samples with higher CB contents. Increasing the CB loads, the material becomes more fragile. The composite presented a change of linear electric resistance with change of the mechanical deformation, which, associated an electrically conductive film with high deformation, shows great potential for the use as electromechanical sensor. |
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Preparação e caracterização de compósitos de borracha natural pré-vulcanizada e negro de fumo com vistas para utilização como sensor mecânico de alta deformaçãoBorracha natural pré-vulcanizadaNegro de fumoPiezo - resistênciaSensor eletrônicoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRAPre-vulcanized natural rubberCarbon blackPiezo - resistanceElectronic sensorElastomers are materials that have high deformation when subjected to a mechanical action, and are traditionally electrical insulators. However, there are cases where considerable electrical conductivity and certain mechanical deformation are required in the same material, for applications such as the monitoring of structures. The combination of pre-vulcanized natural rubber (PNR) with carbon black (CB) results in a conductive polymeric composites or also called extrinsic conductive polymers with suitable elasticity to be integrated into systems as piezo-resistive sensors with large deformations, which may be applied to robots surfaces and different structures, such as buildings, bridges, tunnels, dams, airplanes, ships, wind turbines, and many others that require daily monitoring to avoid accidents. In this work we present a development of materials with potential to be used as piezo-resistive sensors based on conductive polymer composites. Their electrical, mechanical and morphological properties was characterizes and a study of their performance as a sensor (piezo-resistive test), was performed. The percolation threshold (existence of at least one electric conduction path in the sample) in the composites, in which, along the surface, was reached at 5% CB into the polymer matrix. The strain-strain tests showed that with the increase in charge concentration (CB) in the polymer matrix, the rupture deformation remains close to 400%, however there is an increase in the Young's modulus, which implies that the CB particles served as reinforcement in the PNR matrix. Scanning Electron Microscopy images shared several aggregates and agglomerates, forming conductive paths in the samples with higher CB contents. Increasing the CB loads, the material becomes more fragile. The composite presented a change of linear electric resistance with change of the mechanical deformation, which, associated an electrically conductive film with high deformation, shows great potential for the use as electromechanical sensor.CNPqOs elastômeros são materiais que possuem grandes deformações quando sujeitos a uma ação mecânica, e tradicionalmente são isolantes elétricos. Porém, há casos em que se requer condutividade elétrica apreciável e certa deformação mecânica em um mesmo material, para aplicações como, por exemplo, o monitoramento de estruturas. A combinação da borracha natural pré-vulcanizada (BNP) com negro de fumo (NF) resulta em compósitos poliméricos condutores ou também chamados de polímeros condutores extrínsecos com elasticidade apropriada para serem integrados em sistemas como sensores piezo-resistivos de grandes deformações, que poderão ser aplicados em peles de robôs e estruturas diferentes, como prédios, pontes, túneis, barragens, aviões, navios, turbinas eólicas, e muitas outras, que necessitam de monitoramento diário para evitar acidentes. Este trabalho consiste no desenvolvimento de materiais com potencial para ser empregados como sensores piezo-resistivos com base em compósitos poliméricos condutores. Suas propriedades elétricas, mecânicas e morfológicas foram caracterizadas e o estudo de seu desempenho como sensor (teste piezo-resistivo) foi realizado. O limiar de percolação (existência de pelo menos um caminho de condução elétrica na amostra) encontrado foi de 5% de NF em fração volumétrica ao longo da superfície do compósitos. Os testes de tensão-deformação mostraram que, com o aumento da concentração de carga (NF) na matriz de polímero, a deformação da ruptura permanece próxima de 400%, porém há um aumento no módulo de Young, o que implica que as partículas de NF atuaram como reforço na matriz de BNP. As imagens de microscopia eletrônica de varredura possibilitaram observar vários agregados e aglomerados, formando caminhos condutores nas amostras com maiores conteúdos de NF. Aumentando as cargas NF, o material torna-se mais frágil. O compósito apresentou mudança de resistência elétrica linear com a mudança de deformação, o que somado ao fato de se tratar de um filme condutor elétrico com alta deformação, mostra-se grande potencial para a utilização como sensor eletromecânico.Universidade Federal de Mato GrossoBrasilInstituto de Ciências Exatas e da Terra (ICET) – AraguaiaUFMT CUA - AraguaiaPrograma de Pós-Graduação em Ciência de MateriaisFuzari Junior, Gilberto de CamposFuzari, Elen Poliani Arlindohttp://lattes.cnpq.br/0437796818900648http://lattes.cnpq.br/3557309227503191Fuzari Junior, Gilberto de Campos325.505.228-93http://lattes.cnpq.br/3557309227503191Moraes, Arian Paulo de Almeida856.378.231-20http://lattes.cnpq.br/6973588010435092325.505.228-93352.540.048-94Silva, Cícero Rafael Cena da320.034.408-36http://lattes.cnpq.br/9753991192684926Deniz, Wellerson Davi dos Santos2023-06-26T16:38:13Z2017-09-142023-06-26T16:38:13Z2017-08-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisDENIZ, Wellerson Davi dos Santos. Preparação e caracterização de compósitos de borracha natural pré-vulcanizada e negro de fumo com vistas para utilização como sensor mecânico de alta deformação. 2017. 63 f. Dissertação (Mestrado em Ciência de Materiais) - Universidade Federal de Mato Grosso, Instituto de Ciências Exatas e da Terra, Barra do Garças, 2017.http://ri.ufmt.br/handle/1/4351porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMTinstname:Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)instacron:UFMT2023-06-27T09:34:20Zoai:localhost:1/4351Repositório InstitucionalPUBhttp://ri.ufmt.br/oai/requestjordanbiblio@gmail.comopendoar:2023-06-27T09:34:20Repositório Institucional da UFMT - Universidade Federal de Mato Grosso (UFMT)false |
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Elastomers are materials that have high deformation when subjected to a mechanical action, and are traditionally electrical insulators. However, there are cases where considerable electrical conductivity and certain mechanical deformation are required in the same material, for applications such as the monitoring of structures. The combination of pre-vulcanized natural rubber (PNR) with carbon black (CB) results in a conductive polymeric composites or also called extrinsic conductive polymers with suitable elasticity to be integrated into systems as piezo-resistive sensors with large deformations, which may be applied to robots surfaces and different structures, such as buildings, bridges, tunnels, dams, airplanes, ships, wind turbines, and many others that require daily monitoring to avoid accidents. In this work we present a development of materials with potential to be used as piezo-resistive sensors based on conductive polymer composites. Their electrical, mechanical and morphological properties was characterizes and a study of their performance as a sensor (piezo-resistive test), was performed. The percolation threshold (existence of at least one electric conduction path in the sample) in the composites, in which, along the surface, was reached at 5% CB into the polymer matrix. The strain-strain tests showed that with the increase in charge concentration (CB) in the polymer matrix, the rupture deformation remains close to 400%, however there is an increase in the Young's modulus, which implies that the CB particles served as reinforcement in the PNR matrix. Scanning Electron Microscopy images shared several aggregates and agglomerates, forming conductive paths in the samples with higher CB contents. Increasing the CB loads, the material becomes more fragile. The composite presented a change of linear electric resistance with change of the mechanical deformation, which, associated an electrically conductive film with high deformation, shows great potential for the use as electromechanical sensor. |
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