Estudo da modificação superficial de fibras de carbono por meio de tratamentos a plasma para o aumento da adesão na interface de compósitos fibra de carbono/PPS

Abstract

In this it has been carried out the processing of thermoplastic composites obtained from carbon fibers (CF) treated by plasma assisted techniques. The employed treatments were Dielectric Barrier Discharge (DBD) that is performed in atmospheric pressure, involving low energy and Plasma Immersion Ion Implantation (PIII), which is held in low pressure regime, consisting of higher energies. After these treatments, both treated and untreated samples, were characterized. A comparison of the results was carried out to determine which treatment is most effective to achieve better physico-chemical properties on the fibers to obtain thermoplastic composites, which were produced by hot compression molding. Several characterization techniques were employed, such as scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction, and some mechanical tests of the composites, such as interlaminar shear strength (ILSS) and dynamic mechanical analysis (DMA). After analyzing the results, it was verified that the DBD and PIII treatments are effective tools for improving the adhesion of the carbon fiber/polymeric matrix interface, due to the CF roughness increasing and the introduction of polar groups on the carbon fiber surface. Additionally, it was noticed an increase of composites shear strength that were produced with treated carbon fibers (DBD and PIII)

Este trabalho refere-se ao processamento de compósitos termoplásticos obtidos a partir de fibras de carbono tratadas por meio de técnicas assistidas por plasma. Os tratamentos empregados foram Descarga Elétrica com Barreira Dielétrica (DBD), que é realizada em pressão atmosférica, envolvendo menores energias e a Implantação Iônica por Imersão em Plasma (3IP), que é realizada em baixa pressão, envolvendo energias mais elevadas. Após o tratamento, foi realizada a caracterização das amostras tratadas e não tratadas para efeito de comparação e também para verificar qual tratamento foi mais eficaz na obtenção de melhores propriedades físico-químicas da fibra para a obtenção dos compósitos termoplásticos, os quais foram produzidos pelo método de moldagem por compressão a quente. Várias técnicas de caracterização foram empregadas, tais como: microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X, difração de raios-X, e alguns ensaios mecânicos do compósito, tais como: testes de cisalhamento interlaminar e análise dinâmico-mecânica. Após a análise dos resultados, verificou-se que os tratamentos DBD e 3IP são ferramentas eficazes para melhorar a adesão da interface fibra/matriz polimérica, devido ao aumento da rugosidade da fibra e da introdução de grupos polares em sua superfície. Adicionalmente, houve um aumento da resistência ao cisalhamento dos compósitos obtidos a partir de fibras tratadas por ambos os processos a plasma (DBD e 3IP)