PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
PhD Thesis 2016

Processos alternativos para obtenção de fibras de poliacrilonitrila

Author

Robson Fleming Ribeiro

Advisor

  • Advisor Luiz Claudio Pardini

Concentration Area

Materiais e Processos de Fabricação

Defense Date

25/05/2016

Thesis Number

71658

Abstract

A busca por processos alternativos e precursores de materiais de alto desempenho, como as fibras de carbono, tem sido continuamente alvo dos setores aeroespacial, automobilístico, energético e de equipamentos esportivos. A redução do custo de obtenção do precursor é primordial para o desenvolvimento de atividade industrial de produtos com valores mais acessíveis, visando suprir a demanda de fibras de carbono de uso geral em um mercado que vem apresentando contínua expansão. As fibras de poliacrilonitrila (PAN) obtidas pelo processo de extrusão mostra potencial na redução de custo como precursor de fibras de carbono, em relação ao processo via fiação a úmido utilizado atualmente. Essa tecnologia inovadora permite a fiação por fusão da PAN empregando a glicerina (proveniente da produção do biodiesel) como seu principal plastificante, e dispensando o emprego de solventes altamente tóxicos. Para tanto, foi utilizado para a obtenção dos copolímeros de PAN o processo convencional de polimerização em suspensão aquosa e a caracterização foi realizada por meio das técnicas de GPC, DSC, TGA, XRF, DRX e FT-IR. As fibras obtidas por extrusão foram caracterizadas por meio das técnicas de DSC e MEV. Os resultados mostraram que o comonômero estireno foi adequado para a polimerização, gerando copolímeros de PAN com Mn>40.000 g/mol e Mw>130.000 g/mol, e também foi adequado para a obtenção de fibras de PAN extrudadas de forma contínua, com propriedades morfológicas e térmicas coerentes com as fibras de PAN comerciais. Paralelamente aos processos convencionais de polimerização, este trabalho também visou obter fibras de PAN precursoras diretamente de uma solução polimérica viscosa obtida por meio da polimerização em massa. Esta técnica de polimerização foi realizada por meio de fotoiniciadores sensíveis a luz ultravioleta (UV) e a temperatura. A caracterização dos copolímeros de PAN obtidos da polimerização em massa e das fibras foi realizada por meio das técnicas de GPC, DSC, FT-IR e MEV. Os resultados mostraram que os copolímeros de PAN apresentaram alta massa molar (Mn>100.000 g/mol e Mw >300.000 g/mol) tanto para o processo via UV quanto para o processo por ativação térmica. Entretanto, as fibras de PAN obtidas diretamente da solução polimérica não apresentaram propriedades morfológicas e térmicas similares a de fibras de PAN precursoras de carbono.

Keywords

Fibras de carbono Poliacrilonitrila Extrusão (materiais) Copolimerização Ensaios de materiais Engenharia de materiais