[gl] Os polímeros termoplásticos son coñecidos, en xeral, pola súa ampla empregabilidade en extrusión e moldeamento, cunha gran variedade de aplicacións tales como a embalaxe, os téxtiles e os compoñentes para a industria do automóbil. Unha tentativa de aumentar a súa aplicabilidade implica a incorporación de partículas nanométricas con propiedades eléctricas e mecánicas intrínsecas no interior da matriz termoplástica. Entre os diversos tipos de aditivos, as nanofibras de carbono, CNFs, demostran un potencial elevado debido ás súas características eléctricas e mecánicas, similares aos nanotubos de carbono, CNTs, pero cun custo asociado máis reducido. Estas características, relacionadas coa relativa facilidade de incorporación e dispersión en polímeros, aumentaron o interese nas CNFs como novos materiais capaces de achegaren solucións nalgunhas aplicacións innovadoras para os materiais compósitos. As CNFs poden ser preparadas con diámetros de dimensións nanométricas e dan lugar a materiais cunha razón lonxitude/diámetro bastante elevada. Neste traballo foron utilizadas nanofibras Pyrograf [Applied Sciences Inc. (ASI), Ohio, EUA], procesadas por evaporación química de fase vapor, CVD, que revelan unha morfoloxía similar a unha serie de vasos amoreados. Asociadas á súa elevada área superficial específica, as CNFs tenden a formar agregados que poderán reducir as propiedades dos nanocompósitos onde estas son inseridas, especialmente de non se producir a súa dispersión de maneira correcta e uniforme. O éxito para a aplicación das CNFs está estreitamente vinculado ao coñecemento do seu grao de dispersión nas propiedades finais dos nanocompósitos. Con base nesta premisa, realizouse un estudo intensivo en compósitos de CNTs e CNFs de base polimérica, motivado pola importancia da influencia dalgúns factores chave: morfoloxía, dispersión e distribución das nanofibras na matriz polimérica, interacción polímero-nanofibra e relación coas propiedades do posprocesamento. Co fin de definir de forma clara e sistemática a relación entre o procesamento, a morfoloxía e as propiedades finais, é importante identificar inicialmente as vantaxes e desvantaxes da contribución de cada compoñente (CNFs, matriz polimérica e método de procesamento) nas propiedades eléctricas, térmicas e mecánicas. Este estudo aséntase na introdución de diferentes tipos de nanofibras de carbono nunha matriz de polipropileno, PP, procesados nunha extrusora de duplo fuso. Esta técnica emprégase amplamente na industria de transformación de plásticos, o que permitirá un "scale-up" e a consecuente produción en masa que promoverá unha boa relación calidade/prezo destes materiais compósitos. O principal obxectivo deste traballo ten que ver coa investigación e o control do efecto das diferentes estruturas intrínsecas das CNFs nas propiedades morfolóxicas, térmicas, mecánicas, eléctricas, reolóxicas e electromecánicas dos nanocompósitos de CNF/PP. Inicialmente, catro tipos de CNFs (Pyrograf®-III VGCNF) foron sistematicamente incorporados na mesma matriz de polipropileno a través da extrusión de duplo fuso e mesturados so un efecto de corte relativamente elevado. Axiña ficou caracterizada a relación entre a morfoloxía e as propiedades térmicas, mecánicas e eléctricas. A morfoloxía foi analizada por microscopia electrónica de varrido, SEM, e a través dunha análise de escala de cincentos, GSA, con base en microscopia óptica de transmisión, LOM. As propiedades térmicas foron caracterizadas a través de ensaios de termogravimetría, TGA, e calorimetría diferencial de varrido, DSC. Como resultado desta caracterización, a evolución da morfoloxía e a distribución das CNFs na matriz polimérica foi correlacionada. Posteriormente, as propiedades reolóxicas e eléctricas dos nanocompósitos illantes e condutores foron estudadas e correlacionadas coa finalidade de avaliar a análise reolóxica como ferramenta útil que permita diferenciar comportamentos condutores dos non-condutores neste tipo de sistemas. Finalmente, a última parte deste estudo dedicouse á caracterización das propiedades electromecánicas destes compósitos para aplicacións como materiais transdutores. Este estudo establece os contidos e as estruturas máis axeitadas das CNFs para as propiedades físicas desexadas dos nanocompósitos de polipropileno baseados nas nanofibras de carbono. En particular, os nanocompósitos procesados con CNFs con elevados contidos de grafito na parede exterior e con tratamentos térmicos a 1500 °C posúen resposta eléctrica e exhiben uns baixos límites de percolación e uns requisitos próximos dos escudos de protección electromagnéticos e de radiofrecuencia, EMI/RFI. Por outra parte, os nanocompósitos procesados con CNFs, en que a camada exterior foi removida por efecto pirolítico, revelaron posuír un bo desempeño mecánico; porén, estes mostraron ser illantes eléctricos para a mesma cantidade de carga no interior da matriz de PP. As análises termogravimétricas amosan un aumento da estabilidade térmica dos nanocompósitos poliméricos co aumento da concentración de CNF na matriz de PP. Os ensaios por DSC amosaron un incremento da estabilidade térmica dos nanocompósitos poliméricos co aumento da concentración de CNF na matriz de PP. O DSC sinalou un aumento do grao de cristalinidade coa inclusión de nanofibras de carbono, independente do tipo e concentración das CNF. O grao de dispersión avaliado mediante o uso de LOM e GSA amosou unha correlación entre a concentración de carga e a variancia, un parámetro que permite cuantificar a dispersión: canto máis elevada sexa a variancia, mellor será a dispersión dos aglomerados de CNF na matriz polimérica. Detectouse unha diferenza nas propiedades viscoelásticas entre os nanocompósitos condutores e illantes. As propiedades reolóxicas permitiron establecer unha relación viscosidade–propiedades eléctricas dos compósitos. Por outra banda, os nanocompósitos condutores de CNF/PP amosaron unha resposta piezorresistiva máis elevada e unha meirande variación da resistividade eléctrica na presenza dunha acción mecánica externa, para concentracións preto do límite de percolación eléctrico. Finalmente, foi caracterizada a dependencia do factor de Gauge, GF, parámetro asociado á resposta piezorresistiva, en función da deformación mecánica e da velocidade de deformación. Neste sentido, ficou demostrado que os nanocompósitos condutores obtidos no ámbito deste estudo poderán ser utilizados como sensores.

[pt] Os polímeros termoplásticos são conhecidos, em geral, pela sua ampla empregabilidade em extrusão e moldação, com uma grande variedade de aplicações tais como embalagem, têxteis e componentes para a indústria automóvel. Uma tentativa de aumentar a sua aplicabilidade envolve a incorporação de partículas nanométricas com propriedades eléctricas e mecânicas intrínsecas, no interior da matriz termoplástica. Entre os diversos tipos de aditivos, as nanofibras de carbono, CNFs, demonstram um potencial elevado devido às suas características eléctricas e mecânicas, similares aos nanotubos de carbono, CNTs, mas com um custo associado mais reduzido. Estas características, associadas à relativa facilidade de incorporação e dispersão em polímeros, aumentaram o interesse nas CNFs como novos materiais capazes de promover soluções em algumas aplicações inovadoras para os materiais compósitos. As CNFs podem ser preparadas com diâmetros com dimensões nanométricas, resultando em materiais com uma razão comprimento/diâmetro bastante elevada. Neste trabalho foram utilizadas nanofibras Pyrograf®-III [Applied Sciences Inc. (ASI), Ohio, EUA], processadas por evaporação química de fase vapor, CVD, revelando uma morfologia similar a um serie de copos empilhados. Associados à sua elevada área superficial especifica, as CNFs tendem a formar agregados que poderão reduzir as propriedades dos nanocompósitos onde estas são inseridas, especialmente se a dispersão das mesmas não ocorrer correcta e uniformemente. O sucesso para a aplicação das CNFs está fortemente dependente do conhecimento do grau de dispersão das mesmas nas propriedades finais dos nanocompósitos. Tendo por base esta premissa, um estudo intensivo em compósitos de CNTs e CNFs de base polimérica tem sido realizado, motivado pela importância da influência de alguns factores chave: morfologia, dispersão e distribuição das nanofibras na matriz polimérica, interacção polímero-nanofibra e relação com as propriedades pós-processamento. Com o intuito de definir de forma clara e sistemática a relação entre o processamento, morfologia e propriedades finais, é importante identificar inicialmente as vantagens e as desvantagens da contribuição de cada componente: CNFs, matriz polimérica e o método de processamento, nas propriedades eléctricas, térmicas e mecânicas. Este estudo reporta a introdução de diferentes tipos de nanofibras de carbono numa matriz de polipropileno (PP), processados numa extrusora de duplo fuso. Esta técnica é amplamente utilizada na indústria de transformação de plásticos, o que permitirá um "scale-up" e consequente produção em massa, promovendo uma boa relação entre a qualidade/preço destes materiais compósitos. O principal objectivo deste trabalho prende-se com a investigação e controlo do efeito das diferentes estruturas intrínsecas dos CNFs nas propriedades morfológicas, térmicas, mecânicas, eléctricas, reológicas e electromecânicas dos nanocompósitos de CNFs/PP. Inicialmente, quatro tipos de CNFs (Pyrograf®-III VGCNFs) foram sistematicamente incorporados na mesma matriz de polipropileno através da extrusão de duplo fuso e misturados sob um efeito de corte relativamente elevado. Em seguida, a relação entre a morfologia, e as propriedades térmicas, mecânicas e eléctricas foi caracterizada. A morfologia foi analisada por microscopia electrónica de varrimento, SEM e através de uma análise de escala de cinzentos, GSA, com recurso à microscopia óptica de transmissão, LOM. As propriedades térmicas foram caracterizadas através de ensaios de termogravimetria, TGA, e calorimetria diferencial de varrimento, DSC. Como resultado desta caracterização, a evolução da morfologia e a distribuição das CNFs na matriz polimérica foram correlacionadas. Posteriormente, as propriedades reológicas e eléctricas dos nanocompósitos isoladores e condutores foram estudadas e correlacionadas com o intuito de avaliar a analise reológica como ferramenta útil que permita diferenciar comportamentos condutores de isoladores neste tipo de sistemas. Finalmente, a última parte deste estudo foi dedicada à caracterização das propriedades electromecânicas destes compósitos para aplicações como materiais transdutores. Este estudo estabelece os conteúdos e as estruturas mais adequadas das CNFs para as propriedades físicas desejadas dos nanocompósitos de polipropileno baseados nas nanofibras de carbono. Em particular, os nanocompósitos processados com CNFs com elevados conteúdos de grafite na parede exterior e com tratamentos térmicos a 1500 °C possuem resposta eléctrica, exibindo baixos limites de percolação e requisitos próximos dos escudos de protecção electromagnéticos e de rádio-frequência (EMI / RFI). Por outro lado, os nanocompósitos processados com CNFs em que a camada exterior foi removida por efeito pirolítico, revelaram possuir bom desempenho mecânico, contudo estes mostraram ser isoladores eléctricos, para a mesma quantidade de carga no interior da matriz de PP. As análises de termogravimetria mostraram um incremento da estabilidade térmica dos nanocompósitos poliméricos com o aumento da concentração de CNFs na matriz de PP. O DSC indicou um aumento do grau de cristalinidade com a inclusão de nanofibras de carbono, independente do tipo e concentração das CNFs. O grau de dispersão avaliado mediante o uso de LOM e GSA mostrou uma correlação entre a concentração de carga e a variância, um parâmetro que permite quantificar a dispersão: quanto mais elevada seja a variância, melhor será a dispersão dos aglomerados de CNFs na matriz polimérica. Uma diferencia nas propriedades viscoelásticas entre os nanocompósitos condutores e isoladores foi detectada. As propriedades reológicas permitiram estabelecer uma relação viscosidade – propriedades eléctricas dos compósitos. Por outro lado, os nanocompósitos condutores de CNFs/PP mostraram uma resposta piezoresistive mais elevada e uma maior variação da resistividade eléctrica na presença de uma acção mecânica externa, para concentrações perto do limite de percolação eléctrico. Finalmente, a dependência do factor de Gauge, GF, parâmetro associado à resposta piezoresistiva, em função da deformação mecânica e da velocidade de deformação, foi caracterizada. Neste sentido, foi demonstrado que os nanocompósitos condutores obtidos no âmbito deste estudo, poderão ser perfeitamente utilizados como futuros sensores.