Influência do tipo de grafeno e do processo de incorporação na morfologia e nas propriedades mecânicas de compósitos PEEK/grafeno
Resumo
Introdução: A poliéter-éter-cetona (PEEK) é um polímero de alto desempenho, reconhecido por sua elevada estabilidade térmica, resistência química e boas propriedades mecânicas, sendo empregado em aplicações que exigem um alto desempenho [1]. A incorporação de grafeno em matrizes poliméricas tem sido investigada como estratégia para modificar propriedades estruturais, térmicas e mecânicas em sistemas à base de PEEK [2]. Em particular, destaca-se o uso de PEEK e seus compósitos em processos de manufatura aditiva e rotas baseadas em extrusão, que têm ampliado as possibilidades de processamento desses polímeros de alto desempenho para diferentes aplicações, como nas áreas biomédica e aeroespacial [3].
Objetivo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência de dois tipos de grafeno e de diferentes processos de incorporação na morfologia e nas propriedades mecânicas de compósitos à base de PEEK.
Metodologia: Dois tipos de grafeno foram inicialmente caracterizados por espectroscopia Raman e difração de raios X, com o objetivo de avaliar diferenças estruturais entre as cargas utilizadas. Em seguida, foram preparados compósitos de PEEK contendo diferentes teores de grafeno, empregando duas rotas distintas de processamento. A morfologia dos compósitos foi analisada por microscopia eletrônica de varredura, com foco na dispersão do grafeno, na presença de aglomerados e nas características da superfície de fratura. O comportamento mecânico foi avaliado por ensaio de tração, considerando resistência à tração, módulo elástico e deformação na ruptura.
Resultados: As análises de Raman e difração de raios X evidenciaram diferenças estruturais entre os grafenos avaliados, indicando características distintas de organização, presença de defeitos e empilhamento das camadas grafíticas. As imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram que o tipo de grafeno e o processo de incorporação influenciaram diretamente a dispersão da carga na matriz de PEEK. Em determinadas condições, foi observada melhor distribuição do grafeno, enquanto maiores teores favoreceram a formação de aglomerados. Os ensaios de tração indicaram variações nas propriedades mecânicas dos compósitos em função do teor de grafeno, do tipo de carga e da rota de processamento, com alterações no módulo elástico, na resistência à tração e na deformação na ruptura.
Conclusão: Os resultados demonstram que o desempenho dos compósitos PEEK/grafeno não depende apenas da presença do grafeno, mas também de suas características estruturais e da eficiência do processo de dispersão na matriz polimérica. Assim, a escolha do tipo de grafeno e da rota de processamento é fundamental para controlar a morfologia e otimizar as propriedades mecânicas dos compósitos.
Palavras-chave: PEEK; grafeno; compósitos poliméricos; microscopia eletrônica de varredura; propriedades mecânicas.
Referências
[1] KURTZ, S. M. PEEK Biomaterials Handbook. 2. ed. Elsevier, 2019. DOI: 10.1016/C2016-0-02479-8.
[2] YARAGALLA, S. et al. Comprehensive enhancement in thermomechanical performance of melt-extruded PEEK filaments by graphene incorporation. Polymers, v. 13, n. 9, p. 1425, 2021. DOI: 10.3390/polym13091425.
[3] GIBSON, I.; ROSEN, D. W.; STUCKER, B. Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing. Springer, 2010. DOI: 10.1007/978-1-4419-1120-9.
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