13º Congresso Brasileiro de Polímeros
18 e 22 de Outubro de 2015
Natal - RN - Brasil
RESISTÊNCIA À TRAÇÃO E AO RISCO DE COMPÓSITOS DE POLI(METACRILATO DE
METILA)/SÍLICA
Thatiana C. P. de Macedo¹*; Erik dos S. Silva1, Rosângela C. Balaban2 , Edson N. Ito3**.
de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PPgCEM /UFRN, 2Instituto de Química da UFRN, 3 Engenharia de
Materiais UFRN.
1Programa
Endereço: Av. Sen. Salgado Filho, 3000, CEP: 59078-970, Natal - RN. e-mail: [email protected]*; [email protected]**
Resultados
Resumo
Os compósitos de poli(metacrilato de metila)/sílica estão sendo
desenvolvidos visando o aumento das propriedades mecânicas e resistência ao
risco. Nesse contexto, o presente estudo busca analisar a influência da adição
de partículas de sílica em escala micro e nanométrica. No ensaio de tração foi
observado que a adição de 5% de microsílica promoveu a diminuição na
resistência do compósito polimérico, o que não foi observado nos compósitos
com 1% de sílica, principalmente em escala nanométrica. A adição de 1% de
sílica refletiu na diminuição da largura média dos riscos, mas esse
comportamento não foi observado com 5% de sílica. A análise morfológica dos
riscos mostrou que todos os materiais apresentaram mecanismo de desgaste do
tipo microsulcamento e microcorte. Dessa forma, concluiu-se que os compósitos
com 1% de nanosílica apresentaram maior resistência ao risco sem influenciar
as propriedades de resistência à tração, módulo de elasticidade e alongamento
na ruptura em matriz de PMMA.
Palavras-chave: Compósitos poliméricos, propriedades mecânicas, resistência
ao risco, PMMA, sílica. .
Os resultados do ensaio de tração podem ser observados na Tabela 2.
Tabela 2: Propriedades mecânicas do PMMA com micro e nanosílica.
Materiais
PMMA
99PMMA/1SiO2 - Micro
95PMMA/5SiO2 - Micro
99PMMA/1SiO2 - Nano
Módulo de
Elasticidade
(GPa)
2,7 ± 0,1
2,6 ± 0,1
2,9 ± 0,1
2,6 ± 0,1
Resistência
Máxima
(MPa)
59,4 ± 2,3
56,4 ± 1,5
37,1 ± 11,9
58,8 ± 1,8
Alongamento na
Ruptura
(%)
4,2 ± 1,0
3,3 ± 0,2
1,6 ± 0,6
3,7 ± 0,5
A resistência ao risco foi avaliada por meio de imagens com aumento de
500x, obtidas por microscopia eletrônica de varredura, cujos resultados podem
ser observados na Fig. 2. A partir das figuras foram obtidas as larguras médias
dos riscos observadas na Tabela 3.
PMMA
99PMMA/1SiO2 - Micro
Microcorte
Microsulcamento
Microcorte
Introdução
Os materiais compósitos são obtidos pela combinação de dois ou mais
diferentes materiais na busca pelo aumento das propriedades que não são
obtidas pelos materiais separadamente. Autores conceituam esses materiais
como aqueles que apresentam duas ou mais fases ou dois materiais distintos
que são utilizados juntos visando uma combinação de propriedades que não são
obtidas de outra maneira [1]; ou materiais constituídos por dois ou mais
materiais fisicamente ou quimicamente distintos, com uma interface que os
separa, apresentando, dessa forma, características que não são apresentadas
por qualquer um dos componentes isoladamente [2]. Portanto, os materiais
compósitos são desenvolvidos na tentativa de melhoria de propriedades como
rigidez, resistência mecânica, peso, dureza, expansão térmica, entre outras, que
os diferenciam dos materiais utilizados comumente.
A mistura de PMMA e sílica dá origem a um material compósito que está
sendo estudado na tentativa de buscar novas aplicações para o material
polimérico nas quais, sem a presença da carga, esse material não poderia ser
aplicado. Entre os estudos realizados, observou-se que compósitos de PMMA
com sílica podem apresentar aumento da resistência à abrasão e ao risco;
incrementos de propriedades mecânicas quando comparados com o PMMA
puro; e que o aumento do teor de sílica reflete em melhoria de propriedades
térmicas e mecânicas [3-5].
Nesse contexto, o presente estudo busca avaliar a influência da adição de
partículas de sílica na escala micro e nanométrica sobre a resistência à tração e
ao risco dos compósitos PMMA/SiO2, processados em extrusora dupla rosca e
moldados por injeção.
Experimental
Métodos:
• PMMA puro tipo cristal em pó - UNIGEL;
• Sílica micrométrica Tixosil 333 (diâmetro médio de
partículas de 13,4 µm [3]) - Rhodia;
• Sílica nanométrica Aerosil 300 (diâmetro médio de
partículas de 7 nm) - Evonik Industries.
As composições estudadas estão apresentadas
na Tabela 1.
Tabela 1 – Composições dos compósitos poliméricos.
PMMA
PMMA/microSiO2
PMMA/microSiO2
PMMA/nanoSiO2
95PMMA/5SiO2 - Micro
99PMMA/1SiO2 - Nano
Microsulcamento
Código
PMMA
99PMMA/1SiO2 - Micro
95PMMA/5SiO2 - Micro
99PMMA/1SiO2 - Nano
Microsulcamento
Microcorte
Figura
Imagens
MEV
amostras
ensaiadas
por risco.
Figura
2 –1:
Imagens
de de
MEV
das das
amostras
ensaiadas
por risco.
Tabela 3: Largura média dos riscos.
Materiais
PMMA
99PMMA/1SiO2 - Micro
95PMMA/5SiO2 - Micro
99PMMA/1SiO2 - Nano
Largura Média dos
Riscos (µm)
108,5 ± 2,6
96,4 ± 2,3
113,4 ± 2,4
94,3 ± 2,8
Composição (% em massa)
100
99/1
95/5
99/1
Os compósitos com 1% de sílica em escala nanométrica apresentaram
maior resistência ao risco sem influenciar significativamente as propriedades de
resistência à tração, módulo de elasticidade e alongamento na ruptura em matriz
de PMMA. Esse trabalho motiva o desenvolvimento de outros estudos utilizando
partículas com maior área superficial visando uma melhora da resistência ao
desgaste em polímeros susceptíveis a risco.
Referências
1. D. R. Askeland; P. P. Phulé, Ciência e Engenharia dos Materiais, Cengage, São Paulo,
2008.
2. K. K. Chawla, Composite materials: science and engineering, Springer Birmingham, AL,
1998.
3. E. S. Silva; L. A. Ribeiro; M. C. B. C. Nascimento; E. N. Ito. Mat. Res. 2014, 17, 4, 926932.
4. F. Yang; G. L. Nelson. J. Appl. Polym. Sci. 2004, 91, 3844–3850.
5. H. P. Fu; R. Y. Hong; Y. J. Zhang; H. Z. Li; B. Xu; Y. Zheng; D. G. Wei. Polym. Advan.
Technol. 2009, 20, 84–91.
Agradecimentos
Figura 1 – Fluxograma da metodologia utilizada.
Microcorte
Conclusão
Materiais:
Materiais
Microsulcamento