Estudo de cargas cerâmicas que aumentam a condutividade térmica da resina epoxi, mas que mantêm elevadas a resistividade elétrica e a rigidez dielétrica

Abstract

As resinas epóxi apresentam grande versatilidade de usos tanto na indústria quanto em aplicações do cotidiano, devido a sua gama de possibilidade de aplicações. A modificação dessas resinas com adição de cargas permite aumentar ainda mais o seu uso em setores antes inimagináveis. Assim, o desenvolvimento de compósitos se torna um campo muito estudado com o uso dessas resinas epóxi como matriz. Nesse estudo, a adição de compostos como SiC, AlN, BN, CaCO3, Al2O3, H4O4Si e pó de diamante permitiu avaliar o comportamento desses compósitos em relação a mudança de viscosidade, densidade, dureza condutividade térmica, condutivididade elétrica e rigidez dielétrica. Foram incorporadas diferentes quantidades de carga funcionalizadas com APTES (F) e não funcionalizadas (NF), variando de 10% a 80% em massa. A adição da carga foi feita de forma manual (sem processos de ultrassom ou agitadores). Elas foram somente vazadas em formatos cilíndricos de 2,54 cm de diâmetro por 0,6 cm de espessura. As análises mostraram que há um aumento da viscosidade da resina com a adição das diferentes cargas, principalmente paras cargas de BN (NF) e H4O4Si (NF) a 10%, levando a aumentos de 2,55 e 3,14 respectivamente, no valor quando comparada com a resina em si. Já na densidade, notou-se aumentos para a adição SiC (NF e F), CaCO3(NF), AlN (NF e F). Para as cargas de BN (NF e F) e H4O4Si (NF e F) houve diminuição da densidade o que pode estar relacionado a presença de bolhas dentro da matriz (a elevada viscosidade aumenta a possibilidade de formação de bolhas, principalmente pelas amostras não terem sido prensadas durante o processo de cura). Em relação a dureza, houve aumentos no caso da adição de AlN (NF) e SiC (NF), obtendo-se até 1,04 de aumento na adição de 80% de ambas as cargas. Os resultados de condutividade térmica mostraram-se relativamente satisfatórios para a adição de BN (NF), sendo possível obter 0,493 W/mK para adição de 30% em massa de carga. Para o SiC (NF) e AlN (NF), os valores ficaram abaixo dos resultados da literatura, mas ainda assim foi possível observar aumentos na adição de 80% em massa de carga, sendo possível atingir 0,452 W/mK e 0,485 W/mK respectivamente. A funcionalização das cargas mostrou resultados melhores na condução de calor somente na adição de 10% de carga. Para 10% de BN (F) foi obtido 0,404 W/mK e para 10% de BN (NF) obtido 0,359 W/mK. Em termos gerais, a adição de carga melhora a condução de calor, aumenta a densidade e a dureza das amostras, além de aumentar a viscosidade. Ainda mantém-se as características de isolante elétrica da resina, o que é de interesse para aplicações em que se precisa dissipar o calor, mas manter o isolamento elétrico.

Epoxy resins are highly versatile in both industry and daily use, due to their range of possible applications. The modification of these resins with the addition of fillers allows to further increase their use in sectors previously unimaginable. Thus, the development of composites becomes a widely studied field with the use of these epoxy resins as a matrix. In this study, the addition of compounds such as SiC, AlN, BN, CaCO3, Al2O3, H4O4Si and diamond powder allowed to evaluate the behavior of these composites in relation to changes in viscosity, density, hardness, thermal conductivity, electrical conductivity and dielectric strength. Different amounts of fillers functionalized with APTES (F) and non-functionalized (NF) were incorporated, varying from 10wt% to 80wt%. The charge was added manually (without ultrasound processes or agitators). They were only cast in cylindrical shapes of 2.54 cm in diameter and 0.6 cm in thickness. The analyzes showed that there is an increase in the viscosity of the resin with the addition of the different loads, mainly for 10% BN (NF) and H4O4Si (NF) loads, leading to increases of 2.55 and 3.14 respectively, in the value when compared to the resin itself. As for density, increases were noted for the addition of SiC (NF and F), CaCO3 (NF), AlN (NF and F). For the BN (NF and F) and H4O4Si (NF and F) loads, there was a decrease in density which may be related to the presence of bubbles inside the matrix (the high viscosity increases the possibility of bubble formation, mainly because the samples do not have pressed during the curing process). Regarding hardness, there were increases in the case of the addition of AlN (NF) and SiC (NF), obtaining up to 1.04 increase in the addition of 80% of both loads. The results of thermal conductivity were relatively satisfactory for the addition of BN (NF), being possible to obtain 0.493 W / mK for the addition of 30% by weight of charge. For SiC (NF) and AlN (NF), the values were below the results of the literature, but it was still possible to observe increases in the addition of 80% in load mass, being possible to reach 0.452 W / mK and 0.485 W / mK respectively. The functionalization of the loads showed better results in the conduction of heat only with the addition of 10% load. For 10% BN (F) 0.404 W / mK was obtained and for 10% BN (NF) 0.359 W / mK was obtained. In general terms, the addition of filler improves heat conduction, increases the density and hardness of the samples, in addition to increasing viscosity. The electrical insulating characteristics of the resin are still maintained, which is of interest for applications where it is necessary to dissipate heat, but maintain electrical insulation.