Propriedades do Polestireno Modificado por Nanomateriais

Abstract

A incorporação de nanocargas metálicas em matrizes poliméricas, transformando-as em nanocompósitos, constitui um desafio para a investigação em engenharia, no sentido de se dispor de materiais com melhor desempenho físico/mecânico em serviço. No presente estudo foi efectuada a caracterização de nanocompósitos de matriz polimérica reforçada, primeiro por uma carga metálica nanocristalina e posteriormente com adição de nanotubos. A matriz era poliestireno e os reforços nanocristalinos de aço inoxidável, cobre ou cobre associado a nanotubos. A nanocristalinidade pode ser conseguida, em materiais dúcteis, quando sujeitos a elevadas deformações mecânicas, como sejam as resultantes do corte por arranque de apara. As aparas destes materiais são consideradas resíduos industriais, normalmente reciclados como matéria-prima convencional, no entanto, a sua possível nanocristalinidade pode transformá-los em materiais com características muito superiores às do produto microcristalino donde provieram, normalmente resultante da fundição. Em diversos tipos de aparas de cobre, oriundas da indústria metalomecânica, ficou patente, no presente estudo, o seu carácter nanocristalino. No sentido de adoptar uma possível estratégia de gestão destes “resíduos” como carga para nanocompósitos, foi efectuada uma simulação experimental do seu possível papel nas propriedades do poliestireno, através da deposição neste polímero de filmes finos nanocristalinos destes metais. À excepção do compósito revestido com cobre e aditivado posteriormente com nanotubos, os nanocompósitos apresentavam um módulo de elasticidade à flexão e uma tensão de ruptura à tracção superiores às do polímero simples. O nanocompósito resultante do revestimento com cobre foi o que mostrou os melhores resultados. Em contrapartida, no que diz respeito à dureza, o compósito revestido com aço tinha os maiores valores. Nenhum dos compósitos, depois de injectados, apresentava, em relação à do poliestireno, uma melhoria significativa da sua resistividade eléctrica. No entanto, discos de nanocompósitos de cobre e nanotubos exibiam, em determinadas zonas, boa condução eléctrica, pondo em evidência que as nanocargas utilizadas quando injectadas, não são suficientes para a percolação necessária à condução de corrente eléctrica no polímero.

The incorporation of metal nanocargas in polymeric matrices, transforming them into nanocomposites with improved physical/mechanical performance, is a challenge for engineering research.

In the present study was carried out the characterization of the polymer matrix nanocomposites filled, first by a nanocrystalline metal charge and subsequently with the addition of nanotubes. The matrix was polystyrene and fillers were nanocrystalline stainless steel, copper or copper associated with nanotubes.

The nanocrystalline can be achieved in ductile materials, when subjected to high mechanical deformations, such as those resulting from cutting by pulling out the copper scrap. The copper scrap can be regarded as industrial residues, usually recycled as raw material standard, however, their possible nanocrystalline can turn them into materials with characteristics far superior to microcrystalline product came from where, usually resulting from the foundry. In various types of scrap copper, arising from the metal industry, is revealed in this study, the nanocrystalline character. In order to find a strategy for managing these residues as filler for nanocomposites, an experimental simulation was made of their possible role in the properties of polystyrene, by depositing in polymer nanocrystalline thin films of these metals. Other than the composite coated with copper and then additived with nanotubes, nanocomposites had a modulus of elasticity and tensile strength higher than a simple polymer. The nanocomposite coated with copper showed the best results. In contrast, with regard to hardness, the composite coated with steel had the highest values. None of the composites, after injected, presented a significant improvement in its electrical resistivity in relation to polystyrene. However, discs of copper and nanotubes nanocomposites exhibited, in some areas, good electrical conduction, highlighting that the nanocargas used when injected, are not sufficient for the percolation needed to conduct electric current in polymer.