Preparação e caracterização do nanocompósito fotossensível de acrílico/argila para manufatura aditiva
The high cost in manufacturing parts for the of Additive Manufacturing technology (AM) boosted in recent years several studies aiming the development of new equipment and new materials. With this in mind, a photosensitive resin previously developed by the research group to which this work is inserte...
| Autor principal: | Araujo, Willian de |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2017
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2540 |
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riut-1-25402018-02-23T15:04:31Z Preparação e caracterização do nanocompósito fotossensível de acrílico/argila para manufatura aditiva Preparation and Characterization of Nanocomposite Photosensitive Acrylic/Clay for Additive Manufacturing Araujo, Willian de Volpato, Neri http://lattes.cnpq.br/8414652619232683 Kloss, Juliana Regina http://lattes.cnpq.br/3968800900294945 Volpato, Neri Kloss, Juliana Regina Pinheiro, Luis Antonio Foggiatto, José Aguiomar Nanocompósitos (Materiais) Planejamento dos recursos de manufatura Resinas acrílicas Polímero - Aditivos Microscopia eletrônica - Técnica Engenharia mecânica Nanocomposites (Materials) Manufacturing resource planning Acrylic resins Polymers - Additives Electron microscop - Technique Mechanical engineering CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::ENGENHARIA DO PRODUTO::DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO Engenharia Elétrica The high cost in manufacturing parts for the of Additive Manufacturing technology (AM) boosted in recent years several studies aiming the development of new equipment and new materials. With this in mind, a photosensitive resin previously developed by the research group to which this work is inserted with components available in the domestic market, presented low mechanical properties and high shrinkage of the material compared to the materials available on the market. One alternative for improving these properties is to obtain nanocomposites. They comprise a new class of materials in which inorganic substances of nanometric dimensions, such as clays and other minerals, are finely dispersed within a polymeric matrix. Thus, this study aims to prepare and characterize a photosensitive acrylic / clay nanocomposite cured by exposure to UV-C radiation, with mechanical properties of tensile, bending and hardness, and shrinkage propers for use in AM process. Therefore, the original formulation, composed of trimethylolpropane triacrylate (TMPTA®) and Acid Methacrylate Modified (Ebecryl 171®)monomers, Amina acrylated (Ebecryl 7100®)oligomer, Co-initiator Benzophenone 99% (Additol BP®) and the photoinitiator Additol LX® was tested with the addition of the clays Cloisite 20® and BN-CT in concentrations of 0.5%, 1.0% and 1.5% (w/w) of total weight. After preparing these formulations, obtained by dispersion 1 (magnetic stirring) and 2 (magnetic stirring and ultrasound), it was prepared specimens by the principle of adding successive layers by AM. The characterization was perform by shrinkage analysis, tensile strength, bending and hardness tests, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG) and viscosity. The warpage of the material showed an average improvement of 18.27% with the Cloisite 20® clay and 11.30% with the BN-CT clay. The results of the tensile, flexural and hardness testing did not show significant increases in mechanical properties. The SEM showed no delamination between the layers after the bending test was performed. The XRD analysis showed no diffraction peak, suggesting the formation of nanocomposite with intercalated and / or exfoliated structure for all formulations with clay. The TG test showed that the addition of clay in the formulations presented no significant improvements in thermal stability of the nanocomposite. The viscosity showed no improvement at a temperature of 25 °C, but showed a significant reduction in viscosity at 35 °C. Although not very promising results in terms of mechanical strength, the formulations with clay can be used in the AM considering these limitations. O custo elevado na fabricação de peças pela tecnologia da Manufatura Aditiva (AM) impulsionou, nos últimos anos, várias pesquisas visando ao desenvolvimento de novos equipamentos e novos materiais. Neste contexto, uma resina fotossensível, desenvolvida anteriormente com componentes disponíveis no mercado nacional pelo grupo de pesquisa ao qual este trabalho está inserido, apresentou baixas propriedades mecânicas e alta contração do material quando comparada aos materiais disponíveis no mercado. Assim, uma alternativa para melhorar essas propriedades é a obtenção de nanocompósitos. Estes compreendem uma nova classe de materiais, em que substâncias inorgânicas de dimensões nanométricas, tais como argilas e outros argilominerais, são finamente dispersas dentro de uma matriz polimérica. Dessa forma, o presente estudo tem por objetivo preparar e caracterizar um nanocompósito fotossensível de acrílico/argila curado por exposição à radiação UV-C, com propriedades mecânicas de tração, flexão e dureza, e contrações adequadas para aplicação em processo de AM. Para tanto, a formulação original, composta pelos monômeros Trimetilpropano Triacrilato (TMPTA®) e Ácido Metacrilato Modificado (Ebecryl 171®), oligômero Amina Acrilada (Ebecryl 7100®), Co-iniciador Benzofenona 99% (Additol BP®) e o fotoiniciador Additol LX®, foi testada com o acréscimo das argilas Cloisite 20® e a BN-CT nas concentrações de 0,5%, 1,0% e 1,5% (m/m) da massa total. Após o preparo dessas formulações obtidas pela dispersão 1 (agitação magnética) e 2 (agitação magnética e ultrassom), foram preparados corpos de prova pelo princípio de adição sucessiva de camadas pela AM. A caracterização foi realizada através da análise da contração, ensaios de resistência à tração, flexão e dureza, microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X(DRX), termogravimetria (TG) e viscosidade. O empenamento do material apresentou uma melhora média de 18,27% com argila Cloisite 20® e de 11,30% com a argila BN-CT. Os resultados dos ensaios de tração, flexão e dureza não apresentaram aumentos significativos nas propriedades mecânicas. O MEV não apresentou nenhuma delaminação entre as camadas após a realização do teste de flexão. A análise de DRX não apresentou pico de difração, sugerindo a formação de nanocompósito com estrutura intercalada e/ou esfoliada para todas as formulações com argila. O ensaio de TG mostrou que a adição de argila nas formulações não apresentou melhoras significativas na estabilidade térmica do nanocompósito. Também a viscosidade não apresentou melhoras à temperatura de 25°C, mas apresentou uma redução significativa da viscosidade a 35°C. Apesar dos resultados não muito promissores em termos de resistência mecânica, as formulações com argila podem ser empregadas na AM, considerando essas limitações. 2017-10-25T17:18:32Z 2017-10-25T17:18:32Z 2016-09-26 masterThesis ARAÚJO, William de. Preparação e caracterização do nanocompósito fotossensível de acrílico/argila para manufatura aditiva. 2016. 128 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/2540 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR |
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The high cost in manufacturing parts for the of Additive Manufacturing technology (AM) boosted in recent years several studies aiming the development of new equipment and new materials. With this in mind, a photosensitive resin previously developed by the research group to which this work is inserted with components available in the domestic market, presented low mechanical properties and high shrinkage of the material compared to the materials available on the market. One alternative for improving these properties is to obtain nanocomposites. They comprise a new class of materials in which inorganic substances of nanometric dimensions, such as clays and other minerals, are finely dispersed within a polymeric matrix. Thus, this study aims to prepare and characterize a photosensitive acrylic / clay nanocomposite cured by exposure to UV-C radiation, with mechanical properties of tensile, bending and hardness, and shrinkage propers for use in AM process. Therefore, the original formulation, composed of trimethylolpropane triacrylate (TMPTA®) and Acid Methacrylate Modified (Ebecryl 171®)monomers, Amina acrylated (Ebecryl 7100®)oligomer, Co-initiator Benzophenone 99% (Additol BP®) and the photoinitiator Additol LX® was tested with the addition of the clays Cloisite 20® and BN-CT in concentrations of 0.5%, 1.0% and 1.5% (w/w) of total weight. After preparing these formulations, obtained by dispersion 1 (magnetic stirring) and 2 (magnetic stirring and ultrasound), it was prepared specimens by the principle of adding successive layers by AM. The characterization was perform by shrinkage analysis, tensile strength, bending and hardness tests, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), thermogravimetry (TG) and viscosity. The warpage of the material showed an average improvement of 18.27% with the Cloisite 20® clay and 11.30% with the BN-CT clay. The results of the tensile, flexural and hardness testing did not show significant increases in mechanical properties. The SEM showed no delamination between the layers after the bending test was performed. The XRD analysis showed no diffraction peak, suggesting the formation of nanocomposite with intercalated and / or exfoliated structure for all formulations with clay. The TG test showed that the addition of clay in the formulations presented no significant improvements in thermal stability of the nanocomposite. The viscosity showed no improvement at a temperature of 25 °C, but showed a significant reduction in viscosity at 35 °C. Although not very promising results in terms of mechanical strength, the formulations with clay can be used in the AM considering these limitations. |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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ARAÚJO, William de. Preparação e caracterização do nanocompósito fotossensível de acrílico/argila para manufatura aditiva. 2016. 128 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016. |
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