Obtenção de compósito cerâmica-polímero pelo processo de co-extrusão para aplicações Piezoelétricas

Abstract

Primeiramente, fibras piezoelétricas de titanato-zirconato de chumbo (PZT) foram produzidas por extrusão, utilizando dois tipos de pós cerâmicos de PZT, SP-505 e SP- 53 ambos comercialmente disponíveis pela CeramTec. Para extrudar, foram empregados dois diâmetros de molde, sendo eles 300 e 1000 μm em um reômetro capilar. Após, as fibras foram caracterizadas de acordo com a microestrutura, composição de fases e resposta ferroelétrica. Sendo assim, o melhor pó para aplicações em sensores e acionadores foi escolhido, além disso, as influências do diâmetro da fibra na microestrutura foram estudadas. Em seguida, o processo já conhecido de co-extrusão para a fabricação de fibras de PZT foi empregado na tentativa de produzir fibras ocas de PZT. O princípio desta técnica é usar duas misturas de materiais, os quais fluam juntos construindo um compósito, ao invés de usar um molde complexo para a fabricação da mesma seção transversal. A mistura principal foi composta do pó de PZT escolhido e de PEBD, o qual por ser termoplástico promoveu melhores propriedades mecânicas para as fibras no estado verde, além de gerar o comportamento fluido da mistura na co-extrusão. O material provisório, o qual possui funções estruturais na fibra no estado verde, é retirado antes da sinterização do PZT. Testes foram realizados utilizando uma mistura de negro de fumo (NF) e polietileno de baixa densidade (PEBD) como material provisório, mas as impurezas deixadas pelo após a retirada do ligante a 550° C c ausaram uma queda nas propriedades piezoelétricas da fibra. Por isso, um novo material foi selecionado de acordo com as várias limitações do processo. A celulose microcristalina (MCC) foi o material mais indicado para o uso nas condições de processamento e sinterização empregadas, gerando uma resposta piezoelétrica comparável às fibras simples extrudadas. As fibras ocas foram então produzidas usando uma composição de 58 vol. % de PZT e PEBD, variando os materiais provisórios (25 vol. % de NF, 31 vol. % MCC e 41 vol. % de MCC + ácido esteárico). Após, elas foram caracterizadas e comparadas entre elas para observar a influência dos diferentes materiais provisórios usados e, ainda, com as fibras extrudadas a fim de comparar os processos e a influência da geometria das fibras na resposta piezoelétrica.