Produtos têxteis inteligentes incorporando filamentos compósitos com nanotubos de carbono

Abstract

Atualmente é possível encontrar compósitos de polímero e nanotubos de carbono (NTC) aplicados em diversas áreas. Existe um particular interesse neste tipo de materiais quando aplicados como compósitos eletricamente condutores. Este crescimento é fruto do desenvolvimento do conhecimento nos métodos de processamento e produção, assim como da redução significativa do preço dos materiais. A condutividade elétrica de um compósito polímero/nanotubos de carbono é fruto de uma rede contínua de ligações entre o reforço e o polímero. Esta rede de ligações é também normalmente sensível a estímulos como variações térmicas, tensões mecânicas, ou presença de vapor ou gases. É por estas razões que os compósitos poliméricos são bons candidatos para integração em têxteis inteligentes. Durante este estudo, foram estudados os comportamentos sensoriais de misturas de poliácido láctico (PLA), de polipropileno (PP)/policaprolactona (PCL) e de poliuretano termoplástico (TPU) reforçadas com nanotubos de carbono de parede múltipla (MWNT), tendo sido analisadas a variação da resistividade elétrica na presença de estímulos, em particular a presença e variação de humidade para o compósito baseado em PLA, a variação de temperatura para o compósito baseado em PP/PCL e alongamento para o compósito com matriz polimérica TPU. A concentração determinada como necessária para obter comportamento sensorial deste compósito foi de 4% em massa. Depois de conformados estes compósitos em monofilamentos e de estudadas as propriedades físicas destes mesmos monofilamentos, foram inseridos em tecidos, assim como em outros produtos têxteis. A produção deste tecido (sensores) foi realizada em teares industriais e os monofilamentos foram inseridos como trama. Foi verificada uma diminuição de condutividade e de amplitude da sensibilidade após o processo de tecelagem. Como resultado final e global, foi demonstrada a resposta dos compósitos quando aplicados estímulos específicos a cada um deles.

Currently it is possible to find polymer composites and carbon nanotubes applied in several areas. There is a particular interest in this type of materials when applied as electrically conductive polymers composites. This growth is a result of the development of knowledge in the methods of processing and production, as well as a significant reduction of material cost. Electrical conductivity of a polymer composite / carbon nanotubes is the result of a continuous network connections between reinforcement and the polymer. This network connection is also typically sensitive to stimuli as temperature variations, mechanical stresses or the presence of steam or gases. These are some reasons why composite polymers are good candidates for integration into smart textiles. Throughout this study, sensory behaviors have been studied in blends of polylactic acid (PLA), polypropylene (PP) / polycaprolactone (PCL) and thermoplastic polyurethane (TPU) reinforced with multiple wall carbon nanotubes (MWNT), analyzing the variation of electrical resistivity in the presence of stimuli, namely moisture variation for the compound based on PLA, temperature variation for the compound based on PP / PCL and stretching for the TPU polymer matrix composite. The particular concentration deemed as necessary for the sensory behavior of this composite was 4% in mass. Once formed this composite monofilament and having studied its physical properties, these monofilaments were inserted in a fabric as well as into other textiles products/technologies. The production of this fabric (sensors) was carried out in industrial looms and the monofilaments were inserted as weft. A decrease in conductivity and sensitivity amplitude was verified after the weaving process. As a final and general result, the composite behavior as a sensor was demonstrated, when submitted to specific stimulus.