Estudo da superfície de fibras de carbono tratadas por plasma de descarga de barreira dielétrica (DBD) para a obtenção de compósito polimérico.

Abstract

As fibras de carbono (FCs) têm sido amplamente utilizadas na fabricação de compósitos poliméricos. As propriedades mecânicas destes compósitos dependem da adesão da interface entre o reforço (FC) e a matriz. Visto que as FCs possuem propriedades de adesão baixa, é necessário fazer um tratamento superficial nas FCs. O processo a plasma utilizado neste trabalho foi a Descarga de Barreira Dielétrica (DBD). O tratamento DBD das fibras de carbono com dupla trançagem (2X2) foi realizado 2; 5; 7,5 e 10 minutos. Compósitos de FC/Polipropileno (PP) foram produzidos pelo método de prensagem a quente. As Fcs antes e após tratamentos foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM) e Espectroscopia Raman, enquanto os compósitos foram caracterizados pela Análise Dinâmico Mecânico (DMA) e teste de cisalhamento interlaminar (ILSS). As imagens de MEV indicam que houve mudanças nas superfícies da FC após o tratamento. Os resultados de AFM mostraram que a fibra tratada por 2 min obteve a maior rugosidade. Os espectros Raman revelaram que não houve mudança na estrutura cristalina da fibra de carbono após o tratamento. O resultado de DMA apresentou o para o compósito com FCs tratadas por 5 min a maior temperatura de transição vítrea. Os resultados ILSS mostraram um aumento de 70% para as amostras tratadas por DBD em comparação com o compósito obtidos com as FC não tratadas (~ 3 MPa).

Carbon fibers (CFs) have been widely applied in the manufacture of polymeric composites. The mechanical properties of these composites depend on the adhesion in the matrix/ CF interface. Since the CFs have poor adhesion properties, a surface treatment of the CFs becomes necessary. The plasma process used in this work was the Dielectric Barrier Discharge (DBD). The DBD treatment of carbon fibers twill weave (2x2) was performed during 2; 5; 7.5 and 10 minutes. CF/polypropylene (PP) composites were produced by hot pressing method. The treated and untreated CFs were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and Raman spectroscopy, while the composites were characterized by Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Interlaminar shear test (ILSS). The SEM images indicated that there were changes on the CF surface after the treatment. The AFM results showed that the fiber treated for 2 min exhibited the highest roughness. Raman spectra revealed that the carbon fiber crystalline structure did not change after the treatment. The DMA results presented the higher Tg for the composites using Cfs treated at 5 min. The ILSS results showed an increase of 70% for the DBD treated samples compared to the composites obtained with untreated CFs (~ 3 Mpa).