Evaluación del Efecto del uso de Aditivos de Carbono en las Propiedades Térmicas y Mecánicas de un Material Termoplástico con Potenciales Aplicaciones en el Sector Biomédico y Aeroespacial

Abstract

Resumen. Se realizó un estudio comparativo para evaluar el efecto de agregar nanotubos de carbono multipared (NTCPM) y de fibra de carbono (FC) en las propiedades mecánicas y térmicas, en una resina termoplástica de Acrilonitrilo–Butadieno–Estireno (ABS), con potenciales aplicaciones en los sectores de dispositivos biomédicos y aeroespaciales, de gran auge en Costa Rica. Se empleó ABS comercial con FC al 15%, y se comparó con ABS conteniendo 1 y 0,5% de NTCPM, según se sugiere en la literatura. Se realizaron estudios mediante análisis termogravimétrico (TGA), calorimetría diferencial de barrido (DSC) y análisis térmico dinámico mecánico (DMTA). Los TGA mostraron un mejoramiento en las propiedades térmicas, el ABS sin aditivos mostró una degradación inicial a 320°C, mientras que al estar reforzado con FC lo hizo 370°C y con NTCPM al 0,5% y 1% lo hizo a 340°C. En DSC se mostraron ligeros cambios, poco significativos en la temperatura de transición vítrea (Tg) entre los materiales con aditivos y el material puro. En el DMTA se mostró disminución de propiedades mecánicas al añadir FC, sin embargo, se observó un aumento al agregar nanotubos de carbono. Se concluyó que el impacto obtenido en las propiedades térmicas en ambos aditivos puede ser ventajoso para aplicaciones que requieren cuidados de temperatura en procesamiento, y que las propiedades mecánicas se optimizan con los NTCPM ante mayor porcentaje agregado debido a la buena adhesión de los nanotubos a la matriz de ABS.

A comparative study was carried out to evaluate the effect of adding multi–walled carbon nanotubes (NTCPM) and carbon fiber (FC) on the mechanical and thermal properties, in an Acrylonitrile–Butadiene–Styrene (ABS) thermoplastic resin, with a view to future applications in the biomedical and aerospace device sectors, which are booming in Costa Rica. Commercial ABS with 15% carbon fiber was used, and it was compared with ABS containing 1 and 0.5% of NTCPM, as indicated in the literature. Studies were performed using thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), and thermal dynamic mechanical analysis (DMTA). TGAs showed an improvement in thermal properties, ABS without additives showed initial degradation at 320°C, while being reinforced with carbon fiber made it 370°C and with 0.5 and 1% multi–walled carbon nanotubes % did it at 340°C. In DSC, slight changes in the glass transition temperature (Tg) were shown between the materials with additives and pure material. In DMTA, a decrease in mechanical properties was shown when adding carbon fiber; however, an increase was observed when adding carbon nanotubes. It was concluded that the impact obtained on the thermal properties in both additives could be advantageous for applications that require care of temperature in processing and that the mechanical properties are optimized with the multi–wall carbon nanotubes before a higher percentage added due to the excellent adhesion of the nanotubes to the ABS matrix.