Obtenção e caracterização elétrica e morfológica de compósitos de borracha natural com PZT

Abstract

Compósitos de borracha natural vulcanizada (BV) e Titanato Zirconato de Chumbo (PZT) em diferentes composições foram obtidos a partir do látex pré-vulcanizado e da cerâmica PZT na forma de pó. As composições estudadas foram 90/10, 80/20, 70/30 e 60/40 v/v. Um aumento no coeficiente piezoelétrico (d33) foi verificado com o aumento do volume de cerâmica no compósito, atingindo um valor de aproximadamente 6 pC/N para compósitos de composição 60/40 polarizados a 8MV/m na temperatura de 90°C. Verificou-se um decaimento da atividade piezoelétrica em função do tempo após a polarização para os compósitos com até 30% em volume de cerâmica. Este decaimento foi atribuído principalmente à relaxação da matriz. A adição de nanofibras de celulose para a composição 70/30 nas proporções 5,10 e 15% em massa (em relação à massa da borracha), inibiu o processo de relaxação, como também promoveu uma melhor transferência de tensões mecânicas aplicadas no material aos grãos cerâmicos, ocasionando em um aumento de até 400% nos valores obtidos para o coeficiente piezoelétrico. A incorporação de 5% em massa de nanofibras recobertas com polianilina aumentou três ordens de grandeza a condutividade elétrica dos compósitos 70/30 e 60/40. Por outro lado, uma redução nos valores do coeficiente piezoelétrico foi observada, o que foi atribuído a um efeito de blindagem elétrica dos grãos cerâmicos

Vulcanized natural rubber(VNR) and Lead Zirconate Titanate (PZT) composites with different composition were obtained by mixing PZT ceramic powder with prevulcanized latex. The investigated composition of VNR/PZT were 90/10, 80/20, 70/30 and 60/40 v/v. The piezoelectric coefficient d33 increased with increasing of PZT volume fraction in the composite reaching approximately 6 pC/N for composites composition 60/40 %v/v, polarized with 8MV/m at 900C. It was verified that piezoelectric activity decay as a function of time for composite up to 30% of ceramic, that was attributed mainly to matrix relaxation. The incorporation of cellulose nanofibers in the compositions 70/30 and 60/40 %v/v inhibited the matrix relaxation besides of promoting better transference of the applied mechanical stress on the ceramic grains, increasing the piezoelectric coefficient d33 about 400%. The electrical conductivity of composites 70/30 and 60/40 increased three order of magnitude by adding 5% in mass (related to rubber mass), of cellulose nanofiber coated with polyaniline in the composite. On the another hand, the piezoelectricity activity d33 decreased and this behavior was attributed to electrical field shielding of ceramic grain promoted by coated fibers