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Tesis Doctoral
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2023.tde-08032024-110637
Documento
Autor
Nombre completo
Rogerio Massanori Sakahara
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2023
Director
Tribunal
Hui, Wang Shu (Presidente)
Barbosa, Juliano Martins
Diaz, Francisco Rolando Valenzuela
Ponzio, Eduardo Ariel
Silva, Leonardo Gondim de Andrade e
Título en portugués
Influência da polidopamina e do SEBS-g-MA em compósitos com altíssima concentração de cobre para uso em manufatura aditiva de peças metálicas uso de processo Eco-Friendly.
Palabras clave en portugués
Cobre
Impressão 3D
Manufatura aditiva
Materiais compósitos
Materiais compósitos poliméricos
Resumen en portugués
A produção de peças metálicas a partir do método de manufatura aditiva, impressão 3D, envolvem quatro etapas: 1. produção do compósito metálico; 2. moldagem por impressão 3D pelo método de deposição do material fundido (FDM - Fused Deposition Modeling); 3. extração do ligante (debinding) e 4. Sinterização. Este trabalho foi concentrado na 1ª etapa: produção do compósito metálico. O compósito estudado trata-se de uma combinação de um pó metálico (cobre), uma matriz polimérica (ABS) que serve como veículo para o transporte do metal e por fim, dois agentes interfaciais (polidopamina e SEBS-g-MA) que tiveram o papel de auxiliar a adesão do metal com a matriz polimérica durante todas as etapas de processamento. A originalidade deste trabalho consiste na utilização de um equipamento termocinético robusto o suficiente para produzir compósitos com altíssimas concentrações de cobre com o uso da polidopamina, que foi inspirada na natureza, onde os mexilhões invertebrados utilizam-na para se aderirem em superfícies com excelentes resultados de força de ligação. Como ponto de partida desta avaliação foi feito uma pré análise de polaridade com o uso da técnica de medição dos ângulos de contato das matérias-primas. Para isso, as diferentes combinações de matérias-primas poliméricas (com e sem os agentes interfaciais) foram utilizadas para recobrir superfícies de lâminas de cobre a fim de observar a alteração da polaridade. Observou-se um gradiente de melhora principalmente para as amostras recobertas com polidopamina. Para o uso adequado desta última matéria-prima para recobrimento foi necessária uma etapa de polimerização específica com uso de Cloridrato de tris(hidroximetil) aminometano (TRIS) e cloridrato de dopamina (DOPA). As superfícies das respectivas amostras de cobre recobertas também foram avaliadas por microscopia e EDS. Esta avaliação prévia sobre a polaridade foi fundamental para o prosseguimento e produção dos compósitos deste trabalho, ou seja: ABS + cobre em pó e ABS + cobre em pó encapsulado com a substância (polidopamina) em equipamento termocinético (drais). Inclusive, foi também avaliado a sinergia do uso das duas matérias-primas de função similares: polidopamina e SEBS-g-MA. Após a produção dos compósitos, foram estudados: as propriedades mecânicas, bem como resultados do comportamento reológico destas amostras fazendo uso da técnica de reômetro capilar e, por fim a verificação da morfologia com o auxílio de microscopia eletrônica. A partir destes resultados, um teste secundário foi feito com o objetivo de produzir amostras com maiores concentrações de cobre, sob os mesmos parâmetros de processo contudo utilizou-se o cobre em partículas menores (*Metalpó). Conclui-se que a polidopamina pode ser utilizada com vantagem como agente interfacial, porém o efeito mais evidente foi obtido sinergicamente nas amostras produzidas em conjunto com o SEBS-g-MA. Além disso, os compostos produzidos com cobre de menor partícula apresentam a mesma sinergia e resultados similares aos de partícula maior, com a vantagem da possibilidade de aumento da concentração do metal.
Título en inglés
Influence of polydopamine and SEBS-g-MA used in composites with very high copper concentration for metal parts produced by additive manufacturing process use of Eco-Friendly process.
Palabras clave en inglés
3-D printing
Additive manufacturing
Adhesives
Binders
Blends
Composite materials
Cooper
Polymeric composite materials
Polymers
Resumen en inglés
The production of metal parts from the additive manufacturing method, 3D printing involves four steps: 1. production of the metal composite; 2. 3D printing molding by the fused deposition modeling (FDM) method; 3. Ligand extraction (debinding) and 4. Sintering. This work was focused on the 1st stage: production of the metallic composite. The studied composite is a combination of a metal powder (copper), a polymeric matrix (ABS- vehicle for transporting the metal), and two interfacial agents (polydopamine and SEBS-g-MA used for the adhesion of the metal with the polymeric matrix during all stages of processing). The originality of this work consists in the use of a thermokinetic equipment robust enough to produce composites with very high concentrations of copper with the use of polydopamine, which was inspired by nature, where invertebrate mussels use it to adhere to surfaces with excellent bonding strength results. As a starting point of this evaluation, a polarity pre-analysis of the raw materials was made with the use of the technique of measurement of the contact angles. Thus, different combinations of polymeric raw materials (with and without interfacial agents) were used to coat copper sheet surfaces to observe the change in polarity. An improvement gradient was observed mainly for samples coated with polydopamine. For the proper use of this last raw material for coating, a specific polymerization step was required with the use of aminomethathene hydrochloride tris (hydroxymethyl) (TRIS) and dopamine hydrochloride (DOPA). The surfaces of the respective copper samples were also evaluated by microscopy and EDS. This previous evaluation of polarity was fundamental for the continuation and production of the composites of this work, which were ABS + copper powder , and ABS + copper powder encapsulated with the substance polydopamine in thermokinetic equipment (drais). In addition, the synergy of the use of two raw materials with similar functions (polydopamine and SEBS-g-MA ) was also evaluated. After the production of the composites, the mechanical properties were studied, as well as the results of the rheological behavior by using the capillary rheometer technique and, finally, the morphology verification with the aid of electron microscopy. After these results, as an attempt to acquire samples with the highest concentration of metal possible, a further group of composites with smaller copper (*Metalpó) were produced, under the same procedures and analysis and they seemed to be successfully developed. It was concluded that polydopamine can be used with advantage as an interfacial agent, but the most evident effect was obtained synergistically in the samples produced with both interfacial agents (polydopamine + SEBS-g-MA). Furthermore, samples with smaller particles of cooper have this same synergy and results with the advantage of concentrating more metal.
 
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Fecha de Publicación
2024-03-14
 
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