Nanocompósitos polibutileno tereftalato - nanotubos de carbono: influência das condições de processamento na dispersão e propriedades

Abstract

O principal objetivo do presente trabalho é a preparação de nanocompósitos de PBT e CNT com condutividade elétrica através de mistura por fusão, assim como o estudo da dispersão dos CNT no nanocompósito e avaliação das propriedades finais.Para tal, prepararam-se nanocompósitos de matriz polimérica de PBT reforçados com 0.5, 1.5 e 3% (em massa) de CNT não funcionalizados e 3% (em massa) de CNT funcionalizados, utilizando uma mini-extrusora de duplos fusos co-rotativos com duas configurações distintas de parafusos. A partir deste processo recolheram-se amostras ao longo da extrusora e amostras em forma de filamento. Estudou-se a estabilidade térmica dos nanocompósitos através de ensaios de TGA e ainda foi realizado um estudo sobre o efeito da incorporação de CNT na matriz polimérica e efeito da funcionalização a partir de ensaios morfológicos, elétricos, térmicos e mecânicos. Também se procedeu à análise da evolução da dispersão de CNT com a configuração do parafuso por ensaios morfológicos e elétricos. Os resultados mostraram que a adição de CNT pode levar á estabilização da matriz resultando numa melhoria da estabilidade térmica. Foi possível observar um aumento do número e áreas de aglomerados de CNT à medida que se aumenta a sua incorporação na matriz. A presença de CNT induziu um aumento da condutividade elétrica e das propriedades mecânicas dos nanocompósitos. A funcionalização dos CNT via ciclo-adição dipolar 1,3 não contribuiu para um aumento da dispersão. No entanto, através da análise dos resultados obtidos por SEM verificou-se que os nanocompósitos com 3 wt% CNTf e 3 wt% CNT obtidos pelas duas configurações possuiam CNT bem dispersos na matriz e ainda uma boa adesão com a mesma. A nível mecânico a funcionalização melhorou as propriedades mecânicas dos nanocompósitos. Foi possível observar uma evolução da dispersão longo da extrusora e após extrusão. A configuração 2 levou a um aumento da dispersão de CNT relativamente à configuração 1. Os nanocompósitos das zonas ao longo do parafuso apresentaram maiores valores de condutividade elétrica, mostrando que maiores aglomerados e menor dispersão de CNT levam a uma condução mais eficaz de eletrões.

The main objective of this study is the preparation by melt mixing of Polybutylene Terephtalate (PBT) /carbon nanotubes (CNT) nanocomposites possessing electrical conductivity. For this purpose, PBT was mixed with 0.5, 1.5 and 3% (by weight) of as-received CNT and with 3% w/w of functionalized CNT using a mini co-rotating twin screw extruder with two different screw configurations. During these experiments, samples were collected along the extruder and from the filaments. The thermal stability of the nanocomposites was assessed by TGA. The effect of the incorporation of CNT and functionalized CNT was studied in terms of morphology, electrical, thermal and mechanical properties. Moreover, the evolution of the dispersion of the CNTs along the screw was monitored. The results showed that the addition of the CNT can improve the thermal stability of the matrix. It was possible to observe an increase in the number of areas of the CNT agglomerates with the increase of their incorporation in the matrix. Higher levels of incorporation of CNT increased the electrical conductivity and the mechanical properties of the nanocomposites. Although the functionalization of CNT via dipolar cycloaddition 1.3 did not contribute to an increase of dispersion, an improvement of the mechanical properties was observed. The two configurations produced nanocomposites with different dispersion levels. An evolution of dispersion along the extruder was measured. Concurrently, the those samples exhibiting larger agglomerates showed higher electrical conductivity values.