Evaluación de un material compuesto de poli(acrilonitrilo-co-butadieno) con polianilina para su uso como sensor de esfuerzos

Abstract

Tesis de maestría en ciencia de materiales. En esta tesis se presenta la obtención de películas elastoméricas de poli(acrilonitrilo-co-butadieno) conocido comercialmente como NBR, recubiertas con el polímero conductor de polianilina (PANI). Las muestras se caracterizaron mediante mediciones de conductividad eléctrica, espectroscopia de IR, termogravimetría, microscopía electrónica de barrido (SEM), pruebas cíclicas de piezo-resistividad. Como primera parte del trabajo, se seleccionaron los polímeros a trabajar, utilizando los elastómeros SBR y NBR. Con espectroscopia de IR se pudo demostrar, que mediante la polimerización química in situ por el método de hinchamiento, no se pudo mezclar la SBR y la PANI debido a su baja afinidad química por el anillo aromático en la estructura de la polianilina. En cambio, en el material compuesto NBR-PANI se observó una buena afinidad entre los componentes, lo que se atribuyó a la interacción van der Waals que se produce entre el grupo Ciano del Nitrilo y el anillo aromático en la estructura de la PANI, por lo que se eligió trabajar con el NBR para la etapa siguiente del trabajo. En la segunda parte del trabajo, se prepararon películas electroconductoras, modificando algunos de los reactivos y procesos realizados en trabajos anteriores, con el propósito de obtener la conductividad y resistencia mecánica óptimas, que posteriormente nos permita evaluar su uso como sensor de esfuerzos. Al caracterizar mecánicamente las películas NBR-PANI se encontraron una deformación 562% para NBR y 356% en el recubrimiento de NBR con PANI, xi obteniendo una resistencia a la tensión de 0.775MPa para NBR y 1.07MPa en NBR/PANI. El módulo de Young mostró valores cercanos con 0.52 y 0.49 MPa para el NBR Y NBR/PANI, respectivamente, los que se consideran valores adecuados para la aplicación que se busca, debido a su vulcanización con Peróxido de Dicumilo. Se obtuvo una dispersión homogénea de la PANI en la matriz de NBR lo que pudo ser comprobado, tras el análisis de las micrografías de SEM. La conductividad promedio de las películas fue de 1.6 x 10-04 S cm-1. En las caracterizaciones principales de este trabajo, se llevaron a cabo pruebas cíclicas de piezo-resistividad, las cuales se realizaron para utilizar estematerial compuesto como sensor de esfuerzos. Estas se realizaron con películas de NBR/PANI, usando estiramientos de 5, 10, 15, 20 y 25 mm con velocidad de 5mm/min; al mismo tiempo se midió el comportamiento de la resistencia eléctrica al variar en cada ciclo, y se calculó el factor de sensibilidad para cada una de estas.