Pesquisadores desenvolvem filamentos PEEK condutores de eletricidade


Pesquisadores desenvolvem filamentos PEEK condutores de eletricidade

Manufatura do PEEK: (a) fusão dos compósitos, (b) extrusão com reômetro capilar, (c) extrusor de parafuso duplo

Um projeto de pesquisa conjunta acaba de revelar as capacidades do filamento PEEK (polyetheretherketone) eletricamente condutivo para FDM (Modelagem por Fusão e Deposição).

A condutividade elétrica é uma propriedade que caracteriza a facilidade que os materiais possuem de transportar cargas elétricas. Quanto maior o número de elétrons livres em um material, maior a sua capacidade de transportar eletricidade.

Os pesquisadores produziram o material adicionando nanotubos de carbono (MWCNT NC 7000, da belga Nanocyl) e nanoplacas de grafite (xGnP-M, da empresa XG Science Inc,Estados Unidos),
incorporando a condutividade elétrica baseada em carbono ao contrário do metal. Enquanto os nanotubos permitem uma gama de propriedades materiais no filamento, esta é a primeira vez que os pesquisadores usam sua condutividade. O filamento apresenta um grande avanço, abrindo novos caminhos na criação de estruturas complexas e funcionais.

Imagens microscópicas do filamento peek com diferentes combinações de peso percentual de nanotubos de carbono e nanoplacas de grafeno.
Imagens microscópicas do filamento PEEK com diferentes combinações de peso percentual de nanotubos de carbono e nanoplacas de grafeno. Os LEDs à direita mostram que o filamento conduziu eletricidade.

A investigação foi um projeto conjunto entre a Universidadedo Minho em Portugal, o InstitutoLeibniz de Pesquisa de Polímeros de Dresden (Alemanha) e o Centro Europeu de Investigação eTecnologia Espacial da Holanda. O artigo publicado discute a produção de filamentos PEEK eletricamente condutivos de 1,75 mm para impressão FDM 3D através do uso de métodos de mistura por fusão e extrusão de plastificação.

As nanopartículas de grafite melhoraram as propriedades de fusão do PEEK, mantiveram a condutividade elétrica no nível alvo e reduziram o coeficiente de atrito em até 60%. Os testes de impressão mostraram uma resistência à tração máxima comparável à dos filamentos, mas uma menor tensão na ruptura e condutividade elétrica. Isto foi devido a grandes vazios na peça, solucionáveis ​​através da otimização dos parâmetros de impressão 3D.

A equipe empregou o uso de materiais PEEK da Victrex, uma empresa especializada em termoplásticos de alto desempenho e altas temperaturas. Eles usaram grânulos de PEEK e os fundiram adicionando nanotubos de carbono de paredes múltiplas e grafite. Então refizeram os grânulos e transformaram em filamentos imprimíveis de 1,75 mm.

Carretel com filamento PEEK com nanocompositos eletricamente condutores.
Carretel com filamento PEEK com nanocompósitos eletricamente condutores.

A pesquisa anterior em nanotubos de carbono também desempenhou um papel em direção a uma solução eletricamente condutora. A pesquisa sobre a morfologia dos nanotubos de carbono entre as nanoplacas de grafeno para formar pontes desenvolveu filamentos com boas propriedades. No entanto, estes tinham uma rede elétrica muito menos eficaz. Assim, a equipe decidiu preparar nanocompósitos híbridos/ternários de PEEK / Nanotubos de Carbono / Nanoplacas de Grafeno com diferentes composições, usando mistura por fusão, e medir sua condutividade elétrica.

Os pesquisadores extrusaram nanocompósitos selecionados nos filamentos. Esses filamentos se tornaram a base para a fabricação de barras elásticas usando uma impressora 3D comercial. No entanto, vale a pena observar que cada etapa do processamento produziu compostos com menor condutividade elétrica. No entanto, eles ainda mantiveram um nível suficiente de condutividade (10 S/m) no final. A Agência Europeia de Pesquisa testou esses filamentos em seu programa de satélites.



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