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Tipo: Dissertação
Data do documento: 8-Abr-2024
Autor(es): FARIAS, Dorivane Cohen
Primeiro(a) Orientador(a): REIS, Marcos Allan Leite dos
Título: Influência dos parâmetros de preenchimento, forma e reforço nanoestruturado em matriz polimérica de PLA impressos em 3D
Citar como: FARIAS, Dorivane Cohen. Influência dos parâmetros de preenchimento, forma e reforço nanoestruturado em matriz polimérica de PLA impressos em 3D. Orientador: Marcos Allan Leite dos Reis. 2024. 107 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Campus Universitário de Ananindeua, Universidade Federal do Pará, Ananindeua, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16447. Acesso em:.
Resumo: Com o avanço da Manufatura Aditiva e suas aplicações em diversos segmentos industriais, torna-se cada vez mais importante investigar os parâmetros de processabilidade associados a esta tecnologia. Com isso, o presente estudo teve como finalidade investigar a influência da forma (sólida e honeycomb), dos padrões de preenchimento (concêntrico, hexágonos e triângulos) e das concentrações de Nanotubos de Carbono - NTCs (1% e 2% m/m) em matriz polimérica de (Poli (Ácido Láctico)) - PLA. O material foi confeccionado por meio da técnica de Modelagem por Fusão e Deposição - FDM. Os NTCs, o PLA e os nanocompósitos foram caracterizados por: Microscopia Eletrônica de Varredura - MEV, Difração de Raios - X (DRX) e Espectroscopia Raman. As propriedades mecânicas foram analisadas por meio de ensaios de tração, compressão e impacto Charpy. Os resultados da análise por MEV antes e após o ensaio mecânico, mostram: vazios, NTCs, trincas, poros, rompimentos. A análise por DRX, mostra para os NTCs, dois picos de difração em: 2θ: 30,01°, e 2θ: 50,03°, enquanto o PLA e os nanocompósitos evidenciam a predominância da fase amorfa. Na caracterização Raman, as bandas vibracionais dos NTCs, PLA e dos nanocompósitos foram deconvoluídas em subbandas, os NTCs apresentaram as seguintes subbandas: DL, DR, DLO, Dmiddle, Gout, Ginn, D’, 2DL, 2DR, DL + Gout e DR + Ginn, no PLA as subbandas mais destacadas são associadas às vibrações simétricas e assimétricas de CH3. Nos nanocompósitos, as subbandas manifestam-se como sobreposição dos modos vibracionais de seus respectivos constituintes (PLA e NTCs). As análises mecânicas de tração, compressão e impacto Charpy mostram que os padrões de preenchimento, as formas e o nanoreforço influenciam nas propriedades mecânicas. Em tração, o padrão de preenchimento concêntrico apresentou melhor desempenho para ambas as formas, com 40,75 MPa para a forma sólida e 9,76 MPa para a honeycomb. Os nanocompósitos em tração apresentaram desempenhos inferiores à matriz. Em compressão, o padrão triangular apresentou melhor desempenho, com 52,8 MPa para a forma sólida e 20,8 MPa para a honeycomb. Os nanocompósitos em compressão apresentaram resistências superiores a matriz, com melhor desempenho na forma sólida o nanocompósito PLA/2%NTCs com 73,5 MPa, e, na forma honeycomb o PLA/1%NTCs, com 33,2 MPa. Em impacto Charpy na forma sólida, os padrões não diferem no desempenho. Porém, na forma honeycomb o padrão hexágono se destaca, com 2,88 J/m. Para os nanocompósitos, em ambas as formas, a fração PLA/2%NTCs apresentam melhores desempenhos, com 3,8 J/m para a sólida e 2,98 J/m para a honeycomb.
Abstract: With the advancement of Additive Manufacturing and its applications in various industrial sectors, it becomes increasingly important to investigate the processability parameters associated with this technology. Thus, the present study aimed to investigate the influence of shape (solid and honeycomb), infill patterns (concentric, hexagons, and triangles), and concentrations of Carbon Nanotubes - CNTs (1 and 2 wt%) in a polymeric matrix of Poly (Lactic Acid) - PLA. The material was fabricated using the Fusion Deposition Modeling - FDM technique. The CNTs, PLA, and nanocomposites were characterized by Scanning Electron Microscopy - SEM, X - Ray Diffraction (XRD), and Raman Spectroscopy. Mechanical properties were analyzed through tensile, compression, and Charpy impact tests. The results of the SEM analysis before and after mechanical testing show: voids, CNTs, cracks, pores, and fractures. XRD analysis reveals two diffraction peaks for CNTs at 2θ: 30.01° and 2θ: 50.03°, while PLA and nanocomposites exhibit predominantly amorphous phases. In Raman characterization, the vibrational bands of CNTs, PLA, and nanocomposites were deconvoluted into subbands. CNTs showed the following subbands: DL, DR, DLO, Dmiddle, Gout, Ginn, D', 2DL, 2DR, DL + Gout, and DR + Ginn, in PLA the most prominent subbands are associated with symmetric and asymmetric vibrations of CH3. In nanocomposites, the subbands manifest as overlap of the vibrational modes of their respective constituents (PLA and CNTs). The mechanical analyses of tensile, compression, and Charpy impact tests indicate that infill patterns, shapes, and nanoreinforcement influence the mechanical properties. In tensile testing, the concentric infill pattern exhibited better performance for both shapes, with 40.75 MPa for the solid shape and 9.76 MPa for the honeycomb shape. The nanocomposites in tensile testing showed lower performance compared to the matrix. In compression testing, the triangular infill pattern showed better performance, with 52.8 MPa for the solid shape and 20.8 MPa for the honeycomb shape. In compression testing, the nanocomposites exhibited higher strengths than the matrix, with the PLA/2%CNTs nanocomposite showing the best performance in the solid shape at 73.5 MPa, and in the honeycomb shape, the PLA/1%CNTs nanocomposite performed the best at 33.2 MPa. In Charpy impact testing for the solid shape, the infill patterns did not differ in performance. However, in the honeycomb shape, the hexagon pattern stood out, with 2.88 J/m. For the nanocomposites, in both shapes, the PLA/2%CNTs fraction showed better performance, with 3.8 J/m for the solid shape and 2.98 J/m for the honeycomb shape.
Palavras-chave: Nanoestruturas
Nanocompósitos
Padrões de preenchimento
Nanostructures
Nanocomposites
Infill patterns
Área de Concentração: CARACTERIZAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE MATERIAIS
Linha de Pesquisa: MATERIAIS NANOESTRUTURADOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::POLIMEROS, APLICACOES
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Campus Universitário de Ananindeua
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte: Disponível na internet via correio eletrônico: bbca@ufpa.br
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