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Type: Tese de Doutorado
Title: Desenvolvimento e caracterização de um adesivo em matriz epóxi nanomodificada por grafeno
Authors: Hermano Nascimento Junior
First Advisor: Antonio Ferreira Avila
First Referee: Juan Carlos Horta Gutierrez
Second Referee: Claysson Bruno dos Santos Vimieiro
Third Referee: José Rubens Gonçalves Carneiro
metadata.dc.contributor.referee4: Luis Carlos Monteiro Sales
metadata.dc.contributor.referee5: Paulo Roberto de Carvalho Coelho Filho
Abstract: O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver um adesivo nanoestruturado com adição de nanopartículas a base de carbono. Esta escolha se deveu ao fato das nanopartículas, principalmente as de grafite e grafeno, serem uma classe emergente de nanomateriais de base carbono com baixo custo e de terem enorme potencial para substituir as cargas ou reforços comerciais atualmente utilizados para fabricação de nanocompósitos poliméricos. Cada nanopartícula de grafite consiste de um empilhamento de folhas de grafeno com espessuras variando de 0,35 nm a 100 nm com elevada razão de aspecto e grande área superficial. O adesivo nanoestruturado formado tem o propósito de ser utilizado na fixação de elementos de reforço da carroceria de veículos podendo também ser empregado em regiões nas quais os pontos de solda não são aplicados por razões estéticas. Os componentes objetos de estudo deste trabalho são as portas dianteiras, as portas traseiras e o capô. Esses componentes são o resultado da união de dois painéis estampados, um externo e outro interno, com adesivo em uma operação chamada de flangeamento. Foram avaliados dois métodos de dispersão de nanografite em matriz epóxi com concentrações variando de 0,25 a 3%. O grafite expandido HC11 IQ foi fornecido pela Nacional de Grafite. Foi medida a resistência mecânica através de ensaios de cisalhamento aparente a temperatura ambiente e após exposição ao calor e umidade durante 500 horas em função da concentração de nanopartículas e método de dispersão. Os nanocompositos foram caracterizados por microscopia eletrônica, difração de raios X e análise termogravimétrica. Dos resultados verificou-se que o melhor método de dispersão foi aquele utilizando o equipamento chamado Grease Worker, produzindo estruturas com blocos de grafeno inferiores a 100 lâminas, o melhor desempenho mecânico foi aquele para a concentração de 3% de adição de nanografite. Nos testes a temperatura ambiente foi verificado um aumento de 29,7% na resistência ao cisalhamento aparente na comparação com o adesivo puro. Nas provas de intemperismo verificou-se que o ensaio mais severo foi aquele de 500 horas em névoa salina seguido de 500 horas a 100°C e 500 horas em câmara úmida para todas as condições de ensaio. Por fim, a concentração de 3% de nanografite no adesivo epóxi em todas as condições testadas apresentou os melhores resultados.
Abstract: The objective of this research was to develop an adhesive with addition of carbon-based nanoparticles. This choice was due to the fact that nanoparticles, especially those from graphite and graphene, are an emerging class of carbon-based nanomaterials with low cost and presents great potential to replace fillers materials used in the manufacture of polymer nanocomposites. Each nanoparticle of graphite consists of a 'stacked layers' of graphene having thicknesses ranging from 0.35 nm to 100 nm with high aspect ratio and large surface area. The adhesive with graphite nanoparticle is intended to be used in fixing reinforcement elements of the car body and may also be used in regions where the spot welding are not applied for cosmetic reasons. The components of this research are the front doors, rear doors and the hood. These components are the result of bonding inner and outer closure panels with adhesive in an operation called hemming process. The development of this adhesive with addition of carbon-based nanoparticles will be used on these parts. Were evaluated two dispersion methods of expanded graphite in an epoxy resin matrix with concentrations ranging from 0.25% to 3%. The expanded graphite HC11 IQ was supplied by Nacional de Grafite. It was measured the mechanical strength through apparent shear strength of single-lap-joint at room temperature and after exposure to temperature and humidity for 500 hours as a function of particle concentration and dispersion method. The nanocomposites were characterized by electron microscopy, X-ray diffraction and thermogravimetric analysis. From the results it was found that the best dispersion method was with the equipment called Grease Worker, producing structures with blocks of graphene with less than 100 nanosheets, the best mechanical performance has been that for a concentration of 3% of nanografite. In tests at room temperature there was an increase of 29.7% in the apparent shear strength in comparison with the pure adhesive. In tests of exposure was found that the more severe test was 500 hours in salt spray followed by 500 hours at 100 ° C and 500 hours in a humid chamber for all test conditions. Finally, a 3% concentration of nanografite in the epoxy adhesive at all conditions tested showed the best results.
Subject: Materiais compostos
Adesivos
Processos de fabricação
Engenharia mecânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9G9H7J
Issue Date: 30-Aug-2013
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