Efeito do tamanho de grão e concentração de cerâmico em compósitos de Poli (Fluoreto de Vinilideno) - cerâmico

Tese de doutoramento CiênciasNeste trabalho, utilizaram‐se compósitos de poli (fluoreto de vinilideno)/ Titanato Zirconato de Chumbo (PVDF/PZT) e poli (fluoreto de vinilideno)/ Titanato de Bário (PVDF/BaTiO3), com fracção volumétrica x e conectividade (0–3). Os tamanhos médios das partículas de PZT foram de 0,84, 1,68, e 2,35 μm, enquanto para o BaTiO3 foram de 10 e 500 nm. A percentagem volúmica de PZT, para os filmes compósitos de PVDF/PZT, foi de 10, 20, 30 e 40 % e de 5 e 10 % em BaTiO3,para compósitos de PVDF/BaTiO3, na fase apolar α‐PVDF. Efectuou‐se Análise de Microscopia Electrónica de Varrimento (MEV), constatando‐se que o aumento da percentagem cerâmica leva à formação de agregados e à diminuição das esferulites. Ambas as fases cristalinas apresentam maior formação de agregados para percentagens superiores a 20 % de PZT. Para tamanhos menores, verificou‐se que a dispersão cerâmica na matriz polimérica é melhorada sem alteração das esferulites. A inclusão de PZT, com tamanhos de partícula mencionados, não altera significativamente a fase de cristalização do polímero. A fracção cristalina diminui, no entanto, com o aumento da percentagem cerâmica, sendo que a temperatura de fusão não é significativamente alterada. Para maior tamanho de partícula cerâmica, aumenta a temperatura inicial de degradação dos compósitos, sendo independente da concentração do mesmo. Através dos Ensaios Dieléctricos (ED), verificou‐se um aumento da constante dieléctrica com o aumento da concentração do cerâmico, sendo significativamente menor a variação da constante dieléctrica para as contribuições do tamanho de partícula e da fase do polímero. Foi igualmente verificada a existência das seguintes relaxações: relaxação β, cerca dos ‐40 oC, associada à transição vítrea e relaxação α, depois dos 30 oC, relacionada com a componente cristalina, sendo que ambos os processos de relaxação são afectados pelo conteúdo e tamanho das partículas, tal como a condutividade típica do PVDF. Verificou‐se que o módulo de Young aumenta para compósitos com maior percentagem de cerâmico e para maior tamanho de grão. Na análise ED, verificou‐se a existência da relaxação de Maxwell‐Wagner‐ Sillars (MWS). Repetiram‐se as análises, efectuadas para os compósitos de PVDF/PZT, nos compósitos PVDF/BaTiO3, e verificou‐se não existirem diferenças estruturais, moleculares, térmicas, mecânicas e dieléctricas significativas, quando comparados com os do primeiro, exceptuando uma maior nucleação da fase electroactiva do polímero para os tamanhos de grão mais pequenosIn this work, poly (vinylidene fluoride)/Lead Zirconate Titanate (PVDF/PZT) and poly (vinylidene fluoride)/Barium Tinatate (PVDF/BaTiO3) composites of volumetric fractions x and (0–3) type connectivity were prepared. PZT powder of crystallite medium size of 0,84, 1,68, and 2,35 μm, and BaTiO3 powder of crystallite medium size of 10 and 500 nm, in different amounts of PZT (10, 20, 30, and 40 %), and BaTiO3 (5 and 10%), were mixed with the polymeric matrix. The crystalline phase of the polymeric matrix was the nonpolar α‐ phase. A Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis was carried out and it was verified that the ceramic percentage increase leads to the formation of aggregates and spherulites decrease. Both crystalline phases present a greater aggregate formation for percentages higher than 20 percent of PZT. For smaller sizes, it was verified that the ceramic dispersion is improved, without spherulites alteration. For PZT with mentioned sizes it was verified that the chemical structure of the polymer´s crystallization phase was not affected. The crystalline fraction of the polymer is smaller for a higher percentage of the ceramic, although the fusion temperature is not significantly altered. For higher sizes of ceramic particles is verified a growth of the initial degradation temperature of the composites, being independent to the content of the same composites. Through Dielectric Analysis (DE) it was verified a growth in the dielectric constant with a higher content of the ceramic particles, being the variation of the same constant significantly lower for the contributions of the composite respective size and phase. It was verified the existence of the following relaxations: β, around ‐40 oC, associated to the glass transition, and α relaxation above 30 oC, related to the crystalline component, being both relaxation processes affected by the content and medium size of the particles, and also by the conductivity of the pure PVDF. It was verified that the Young’s module increases for composites with an increasing ceramic medium size and percentage. With ED analysis it was verified the existence of the Maxwell‐ Wagner‐Sillars (MWS) relaxation. Several analyses were carried out for the composites of PVDF/BaTiO3 and they revealed no significant structural, molecular, thermal, mechanical, and dielectric differences when compared with those of PVDF/PZT, except a higher nucleation of the electroactive phase for the polymers of smaller grain sizes