[pt] O Polietileno de Alta Densidade (PEAD) é um dos materiais mais conhecidos e é utilizado em diversos campos de aplicação. Apesar de suas inúmeras qualidades, como baixa densidade, alta ductilidade e alta resistência específica, esse material possui algumas desvantagens que limitam a sua aplicabilidade, tais como baixa rigidez, baixa estabilidade térmica e alta expansividade térmica. Por outro lado, existe uma classe seleta de materiais que possuem coeficiente de expansão térmica (CET) negativo ou próximo de zero. Pertencem a esse grupo, por exemplo, as cerâmicas da família A2M3O12, como o In2W3O12 (tungstato de índio). Tendo isso em vista, a proposta deste trabalho foi estudar diferentes métodos de mistura física entre esses dois materiais para fabricar e caracterizar compósitos de PEAD reforçados por nanopartículas de In2W3O12 com CET reduzido e propriedades mecânicas aumentadas em relação ao polímero. Primeiramente, sintetizaram-se nanopartículas de In2W3O12 pelo método de coprecipitação. Suas temperaturas de cristalização (aproximadamente 530 graus Celsius) e de transformação de fase monoclínica/ortorrômbica (259 graus Celsius) foram determinadas por análise térmica simultânea, e seus parâmetros de rede à temperatura ambiente foram determinados por DRX. Além disso, calcularam-se os CET s intrínsecos do In2W3O12 para ambas as suas fases por DRX in situ com temperatura variável. Foi encontrado, pela primeira vez, um CET intrínseco negativo para sua fase ortorrômbica, de alpha1 igual a menos 1,5 multiplicado por 10 elevado a menos 6 e K elevado a menos 1. Em seguida, fabricaram-se compósitos a partir de pellets de PEAD e das nanopartículas de In2W3O12 por microextrusão e microinjeção precedidas por uma etapa de pré-mistura. Dois parâmetros do processo de fabricação foram variados: a fração de carga no compósito (0,5; 2; 4 e 10 por cento) e o método de pré-mistura (sem pré-mistura; por vibração dentro de um moinho sem as bolas de moagem; e em uma autoclave giratória a 190 graus Celsius e pressão ambiente). Finalmente, os compósitos foram caracterizados por ensaios de tração, dilatometria e análise termogravimétrica. Todos os compósitos apresentaram incremento no módulo de elasticidade e no limite de escoamento, obtendo-se aumentos de até 45 por cento e 17 por cento, respectivamente, em relação ao PEAD puro. Os materiais preparados no moinho com 10 por cento p de reforço apresentaram os melhores resultados. De forma geral, os compósitos submetidos a algum tipo de pré-mistura tiveram melhores propriedades mecânicas do que os que não foram pré-misturados. Por outro lado, os compósitos não apresentaram uma grande redução no CET em relação ao PEAD. O melhor resultado encontrado foi uma redução de 6 por cento para os materiais sem pré-mistura com 4 por cento p de reforço. A temperatura de degradação dos compósitos sem pré-mistura também não apresentou melhora significativa. O maior incremento foi de 1,5 por cento em relação ao PEAD puro, encontrado para os materiais com 0,5 por cento p de carga. Finalmente, amostras de PEAD puro submetidas aos diferentes métodos de pré-mistura foram analisados por DSC. Constatou-se que a temperatura de fusão não é alterada, mas a entalpia de fusão e o grau de cristalinidade aumentam com a pré-mistura por vibração (8 por cento) e ainda mais com a pré-mistura na autoclave (15 por cento) em relação ao PEAD puro como recebido. / [en] High-density polyethylene (HDPE) is one of the most widely used materials. Despite its numerous qualities, such as low density, high ductility, and high specific strength, HDPE presents certain disadvantages that limit its applicability, like low stiffness, low thermal stability, and high thermal expansion. In contrast, there is a select group of materials that display negative or near-zero coefficient of thermal expansion (CTE). Ceramics belonging to the A2M3O12 family, which includes In2W3O12 (indium tungstate), are examples of such materials. Therefore, this dissertation proposes to examine different methods of physical mixture in order to produce and characterize HDPE composites reinforced with In2W3O12 nanoparticles with reduced CTE and better mechanical properties than the neat polymer. Firstly, In2W3O12 nanoparticles were synthesized by coprecipitation. Simultaneous thermal analysis proved their crystallization temperature and monoclinic/orthorhombic phase transition temperature to be approximately 530 Celsius degrees and 259 Celsius degrees, respectively. The lattice parameters at room temperature were determined by XRD, and the intrinsic CTE s for both phases were calculated by variable-temperature in situ XRD. For the first time, a negative intrinsic CTE was found for the orthorhombic phase (Alpha 1 equal than minus 1.5 multiplied 10 power minus 6 and K power minus 1). Secondly, composites were produced from HDPE pellets and the In2W3O12 nanoparticles by microextrusion and microinjection preceded by a pre-mixing step. Two fabrication parameters were analyzed: the filler content (0.5, 2, 4, and 10wt percent were used) and the pre-mixing method (no pre-mixture, by vibration within a mill without balls, and in a rotating autoclave at 190 Celsius degrees and ambient pressure). Finally, the composites were characterized by tensile tests, dilatometry, and thermogravimetric analysis. All of the composites presented higher Young s modulus and yield stress than neat HDPE,
with increases of up to 45 percent and 17 percent, respectively. The best results were displayed by the materials that were pre-mixed in the mill with 10wt percent filler fraction. In general, both pre-mixing methods improved the composites mechanical properties. On the other hand, the polymer s CTE was not significantly reduced, being decreased by 6 percent in the best case. The degradation temperature showed almost no improvement, with a 1.5 percent increase for the composites with 0.5 percent filler content. Lastly, neat HDPE samples exposed to the different pre-mixing methods were analyzed by differential scanning calorimetry and compared with the as-received pellets. Results showed that the melting temperature was not affected by the mixing techniques, but both the enthalpy of fusion and the degree of crystallinity were increased by 8 percent and 15 percent for the samples pre-mixed by vibration in the mill and by rotation in the autoclave, respectively.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:29717 |
| Date | 20 April 2017 |
| Creators | GUSTAVO SCHINAZI |
| Contributors | JOSE ROBERTO MORAES D ALMEIDA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | TEXTO |
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