NANOCOMPUESTOS MULTIFUNCIONALES BASADOS EN MEZCLAS DE POLIAMIDAS CON NANOTUBOS DE CARBONO

MARÍA JOSÉ ABAD LOPEZ; PATRICIA EISENBERG; TOMÁS ARNAL; CELINA BERNAL

Mar del Plata

Congreso; XX Congreso Internacional de Materiales : SAMCONAMET 2022; 2022

CCT CONICET Mar del Plata

Los polímeros en general no conducen la electricidad, sin embargo, es posible obtener compuestos poliméricos conductores (CPCs, por sus siglas en inglés) incorporando cargas conductoras dispersas en una matriz polimérica. Esta matriz puede estar basada en un único polímero o en una mezcla multifásica. [1]. Los CPCs han llamado la atención debido a su bajo costo, facilidad de procesamiento y propiedades eléctricas sintonizables, pudiendo emplearse en muchos campos como blindaje electromagnético, sensores o conductores [2]. Su capacidad para conducir la electricidad deriva de las redes conductoras continuas que se forman al incorporar las cargas conductoras a la matriz polimérica. Las más destacadas son los nanotubos de carbono (CNTs, por sus siglas en inglés) debido a sus sobresalientes propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas, ópticas y químicas [2], por lo que resulta de interés incorporarlos a los polímeros para obtener nanocompuestos multifuncionales.Los CPCs basados en un único polímero presentan redes conductoras con una distribución aleatoria en todo el material por lo que requieren elevados contenidos de carga, su procesamiento es complejo y sus propiedades mecánicas son generalmente pobres [1]. En cambio, los CPCs segregados (s-CPCs, por sus siglas en inglés) están basados en una mezcla polimérica multifásica que contiene cargas conductoras segregadas en zonas específicas, exhibiendo umbrales de percolación menores y conductividad eléctrica superior.En este trabajo se desarrollaron nanocompuestos multifuncionales basados en una mezcla de poliamidas con diferentes contenidos de nanotubos de carbono.Se utilizó una mezcla de poliamida PA12 (PA12 Grilamid EMS Grivory, δ=1.01g/cm3, Tf=180 °C y η =391.7 Pa.s a 235 °C) y PA6 (PA6 Zytel, DuPont, δ = 1.14 g/cm3, Tf=220 °C y η=723.8 Pa.s a 235 °C). Para preparar los nanocompuestos, se empleó un masterbatch de nanotubos de carbono de pared múltiple MWCNT (NC7000, Nanocyl S.A, Sambrevile, Bélgica, d=9.5 nm, l=1.5 µm, pureza=90% y área superficial=250-300 m2.g-1) pre-dispersados 15 % en peso en PA12. Se prepararon por extrusión gránulos de compuesto con diferentes contenidos de CNTs (entre 0.5 y 8 % en peso) a partir del masterbatch (PA12/15% CNT) en una mezcla 50/50 % en peso de PA12/PA6 empleando una extrusora doble tornillo co-rotante (Brabender DSE 20) operando a 30 rpm con un perfil de temperatura de 220-235ºC. Los componentes fueron pre-mezclados por agitación y luego incorporados simultáneamente en la extrusora. Previamente, el masterbatch y las poliamidas se secaron en estufa a 110 ºC durante 6 hs. Los gránulos nanocompuestos PA12/PA6/CNT (secados a 110 ºC durante 6 hs) se moldearon por compresión (245 ºC, 150 bar, 2 min) para obtener láminas de 190 mm x 190 mm y espesor nominal de 0.5 mm [3].Todos los materiales se caracterizaron mediante ensayos de tracción uniaxial sobre probetas halterio (Tipo IV, ASTM D638) y ensayos de fractura sobre probetas DDENT en condiciones de solicitación cuasi estáticas, empleando un dinamómetro Instron 5982 a una velocidad de 5 mm/min y 10 mm/min, respectivamente.El contenido de nanotubos de carbono afectó significativamente el comportamiento a la tracción de los materiales. La mezcla matriz exhibió diferentes comportamientos, presentando algunas muestras una zona lineal elástica seguida por un pico de fluencia definido, una región de plateau y endurecimiento por deformación hasta la fractura final [4]. Otras muestras, en cambio, fallaron antes o cerca del punto de fluencia. Por otro lado, los nanocompuestos presentaron curvas de tracción con ductilidad decreciente con la fracción de carga. En general, se observó un aumento de la rigidez y un máximo en los valores de resistencia en función del contenido de nanotubos de carbono (Tabla 1).El comportamiento a la fractura también se vió afectado por el contenido de CNTs. La matriz, y los nanocompuestos con 2.5% y 8% en peso de carga exhibieron comportamiento frágil o con inestabilidad dúctil. Por otra parte, el material con 0.5% en peso de CNTs presentó comportamiento post fluencia (fluencia completa en el ligamento) (Figura 1), demostrando el efecto positivo del agregado de bajos contenidos de carga sobre el comportamiento a la fractura del material.