Borracha

Jun 14, 2024

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 21426 (2022) Citar este artigo

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As mantas nanofibrosas proporcionam um obstáculo substancial à delaminação em laminados compósitos, especialmente se o polímero (como borrachas) puder endurecer diretamente a resina composta. Aqui, as conhecidas nanofibras de Nylon 66 foram impregnadas com borracha de nitrila butadieno (NBR) para a produção de membranas de borracha/termoplásticas para dificultar a delaminação de polímeros reforçados com fibra de carbono epóxi (CFRPs). As mantas de poliamida iniciais foram eletrofiadas usando dois sistemas de solventes diferentes, e seu efeito nas propriedades térmicas e mecânicas da manta foi investigado, bem como a resistência à delaminação do laminado Modo I por meio de testes de Double Cantilever Beam (DCB). As esteiras de Nylon 66 simples eletrofiadas a partir de ácido fórmico/clorofórmio apresentam melhor desempenho do que aquelas obtidas a partir de um sistema solvente contendo ácido trifluoroacético, apresentando até + 64% vs + 53% na tenacidade à fratura interlaminar (GI), respectivamente. O efeito do revestimento NBR beneficia ambos os tipos de nanofibras, aumentando significativamente o IG. Os melhores resultados são obtidos ao intercalar mantas leves e de espessura média (20 µm, 9–10 g/m2) com 70–80% em peso de borracha carregada, atingindo até + 180% em IG. O trabalho demonstra a capacidade do NBR em melhorar o impedimento da delaminação de não-tecidos de poliamida comuns, abrindo caminho para o uso de nanofibras de Nylon 66 revestidas com NBR como intercalações eficazes para aprimoramento de IG e melhoria geral da segurança do compósito.

Os materiais compósitos representam a melhor escolha para obter estruturas com excelentes propriedades mecânicas. Em particular, os laminados de Polímero Reforçado com Fibra de Carbono (CFRP) estão substituindo progressivamente, sempre que possível, os materiais metálicos para se beneficiarem de maior leveza. Apesar de muitas vantagens, como alto módulo específico e resistência, resistência à corrosão, economia de combustível e facilidade de produção, os laminados compósitos sofrem de algumas fraquezas relevantes. A delaminação é sem dúvida a desvantagem mais grave que afeta esses materiais, levando à falha completa dos componentes com consequências potencialmente catastróficas. A redução do risco de delaminação é crucial para permitir futuras aplicações de laminados compósitos em campos atualmente excluídos devido a questões de confiabilidade e segurança. Além disso, a resistência melhorada à delaminação aumenta a sustentabilidade geral do composto, aumentando potencialmente a vida útil do componente. Qualquer laminado é suscetível à delaminação devido à sua estrutura de pilha anisotrópica intrínseca do tipo 2D, que é responsável pelo desempenho mecânico reduzido entre as lâminas. Embora diversas estratégias possam ser implementadas para monitorar a saúde de um componente compósito, como a exploração de fibras de Bragg ou materiais piezoelétricos (mesmo nanoestruturados)1,2,3,4, esses sistemas são caros e, consequentemente, pouco utilizados em aplicações comuns .

Muitas maneiras simples e econômicas de evitar a delaminação envolvem a modificação da matriz e/ou da região interlaminar para melhorar a tenacidade à fratura. Dado que as propriedades da matriz governam o comportamento interlaminar, a sua modificação pode afectar fortemente o desempenho final do compósito; isso geralmente acontece com o endurecimento da matriz em massa obtido pela adição de endurecedores, como borrachas ou polímeros termoplásticos adequados. Quanto à modificação com borracha, pode ser uma borracha “líquida” não reticulada ou partículas de borracha reticuladas5,6,7,8,9. Embora este tipo de modificação seja simples de conseguir, envolve uma formulação de resina específica. Além disso, a mudança interessa ao volume da resina e, por sua vez, a todo o componente, geralmente levando a propriedades mecânicas, térmicas e termomecânicas reduzidas, além de um aumento significativo de peso.

As modificações localizadas, por outro lado, são mais inteligentes, permitindo uma intervenção direcionada apenas nas regiões mais críticas, como as interlaminares, onde ocorrem concentrações de tensões10. Os benefícios potenciais são muitos: retenção ou redução limitada – e confinada – das propriedades térmicas e mecânicas gerais do componente, baixo incremento de peso e dimensão. Além disso, este tipo de modificação pode ser virtualmente aplicado a qualquer pré-impregnado comercial disponível, uma vez que toda a resina não é afetada. A integração de camadas viscoelásticas a granel (filmes) entre as lâminas11,12,13, ainda representando uma solução localizada, econômica e direta, afeta negativamente a rigidez, resistência, peso e tamanho do laminado14. Soluções menos impactantes têm sido praticadas desde que ocorreu a disseminação dos nano-reforços. Na verdade, eles podem ser usados ​​para alcançar os efeitos desejados adicionando pequenas quantidades15,16,17, beneficiando-se assim de alterações insignificantes de tamanho e peso do compósito. A adição de nanopartículas18,19 e nanotubos de carbono (CNTs)20,21,22,23 provou aumentar o desempenho do compósito. No entanto, em alguns casos, são caros e difíceis de manusear.