Propriedades mecânicas e tribológicas de nanocompósitos formados por Polietileno de Ultra Alta Massa Molar (PEUAMM) e materiais bidimensionais a base de carbono

• Processo: 19/13416-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2021
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Guilhermino José Macêdo Fechine
• Beneficiário: Eder Henrique Coelho Ferreira
• Instituição Sede: Instituto Mackenzie de Pesquisas em Grafeno e Nanotecnologias. Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM). Instituto Presbiteriano Mackenzie. São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Polímeros Polietileno Nanocompósitos Desenvolvimento de novos materiais Tribologia Blendas Propriedades mecânicas Carbono
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Grafeno | nanocompósitos | PE de alta massa molar | Propriedades mecânicas | Propriedades Tribológicas | Polímeros

Resumo

Esse projeto é um pedido que está sendo feito para dar continuidade a um projeto de mestrado (processo 2017/14640-2) avaliado e indicado por apresentar extremo potencial para se tornar um projeto de doutorado. Logo, muito dos resultados obtidos até o momento serão usados como embasamento científico desse projeto aqui apresentado. O Polietileno de Ultra Alta Massa Molar (PEUAMM) é um polímero com elevadas propriedades tribológicas (resistência ao desgaste e baixo coeficiente de fricção) quando se compara a polímeros com massas molares não tão elevadas. Sua boa resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito permite que ele seja aplicado em diversos segmentos da indústria, agindo como revestimento de maquinários ou compondo partes de uma peça. Entretanto, o seu desempenho é ainda insatisfatório para algumas aplicações devido sua baixa resistência ao desgaste comparado aos materiais (aço, titânico, vidros, areia, minérios etc.) em que ele está em contato. Vários trabalhos têm mostrado que a adição de nanocargas aos polímeros, quando bem disperso e distribuído, possibilita desenvolver materiais com excelentes propriedades tribológicas. O PEUAMM, devido sua alta viscosidade, não flui mesmo em altas temperaturas, sendo não processável pelos métodos de misturas/conformação convencionais no estado fundido (extrusão e reômetro de torque), o que pode ser um fator limitante para algumas aplicações. Alcançar uma boa homogeneidade da carga na matriz PEUAMM tem sido o grande obstáculo na obtenção de um novo material de alto desempenho. Os resultados obtidos durante projeto de mestrado apresentam avanços na direção de desenvolver um novo material que apresente melhores propriedades do que o PEUAMM. Primeiramente, durante esse período foram produzidas blendas formadas por dois polietilenos de alta massa molar, o PEUAMM e o Polietileno de Alta Massa Molar (PEAMM), via mistura no estado fundido. Nessa etapa a blenda desenvolvida já apresentou resultados tribológicas superior ao PEAMM e semelhante ao PEUAMM. No intuito de atingir desempenho superior foi adicionado ao PEAMM e as blendas o óxido de grafeno com multicamadas (mGO). Os nanocompósitos formados por apenas PEAMM/mGO apresentaram propriedades tribológicas um pouco melhores do que o PEUAMM. No entanto os nanocompósitos formados pela blenda PEAMM/PEUAMM não apresentaram o aumento esperado nas propriedades com a adição do mGO. Esse nanocompósitos apresentaram grandes aglomerados de mGO, fazendo com que as propriedades das blendas não fossem modificadas com a inserção da carga. Esse presente trabalho pretende solucionar esse problema de duas maneiras, buscando uma melhor homogeneidade da carga na matriz polimérica e melhorando a adesão da interfase polímero-carga. Para melhorar a dispersão e distribuição da carga na matriz será utilizado um óxido de grafeno com maior controle do número de camadas empilhadas, sem a presença de partículas não devidamente esfoliadas, conduzindo a uma maior área superficial. Para melhorar adesão entre os materiais, o GO será funcionalizado com grupo químicos específicos de cadeia alquílica. Além disso, aproveitando as boas propriedades mecânicas e tribológicas já alcançados até o momento para as blendas PEAMM-PEUAMM (20%) e baseando-se na alta capacidade de reforço dos nanotubo de carbono para esse sistema, será desenvolvido nesse trabalho nanocompósitos de PEAMM e PEAMM-PEUAMM (20%) contendo nanotubo de carbono não funcionalizado e funcionalizado com um grupo aminados. Com essas estratégias complementares pretende-se obter um material processável em equipamentos comumente usados na indústria transformadora de plásticos e que apresentam desempenho mecânico e tribológico superior ao PEUAMM tornando-se de fácil acesso e de maior diversidade de aplicações. (AU)

Publicações científicas

(6)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

FERREIRA, EDER H. C.; LIMA, LUCAS P.; FECHINE, GUILHERMINO J. M.. The ``Superlubricity State{''} of Carbonaceous Fillers on Polymer Composites. MACROMOLECULAR CHEMISTRY AND PHYSICS, v. 221, n. 16, JUL 2020. (19/13416-7, 12/50259-8, 18/10910-8)

FERREIRA, EDER H. C.; VIEIRA, ANGELA APARECIDA; VIEIRA, LUCIA; FECHINE, GUILHERMINO J. M.. High-Tribological-Performance Polymer Nanocomposites: An Approach Based on the Superlubricity State of the Graphene Oxide Agglomerates. POLYMERS, v. 13, n. 14, JUL 2021. (19/13416-7)

FERREIRA, EDER H. C.; FECHINE, GUILHERMINO J. M.. High abrasive wear resistance polyethylene blends: an adapted Ratner-Lancaster correlation. POLYMER BULLETIN, APR 2021. (19/13416-7, 18/10910-8)

FERREIRA, EDER H. C.; FECHINE, GUILHERMINO J. M.. Healing phenomenon adapted to understand the miscibility of polymer blends: An approach based on the deformation mechanism. Journal of Applied Polymer Science, v. 137, n. 38, JUN 2020. (18/10910-8, 19/13416-7)

FERREIRA, EDER H. C.; LIMA, LUCAS P.; FECHINE, GUILHERMINO J. M.. The "Superlubricity State" of Carbonaceous Fillers on Polymer Composites. MACROMOLECULAR CHEMISTRY AND PHYSICS, v. 221, n. 16, p. 7-pg., 2020-07-19. (19/13416-7, 12/50259-8, 18/10910-8)

FERREIRA, EDER H. C.; FECHINE, GUILHERMINO J. M.. High abrasive wear resistance polyethylene blends: an adapted Ratner-Lancaster correlation. POLYMER BULLETIN, v. 79, n. 6, p. 18-pg., 2021-04-01. (19/13416-7, 18/10910-8)