Title

POLÍMEROS DE SILÍCIO COMO PRECURSORES DE MATRIZES CERÂMICAS NA OBTENÇÃO DE COMPÓSITOS ENVOLVENDO FIBRAS DE CARBONO

SILICON POLYMERS AS PRECURSORS OF CERAMIC MATRIX FOR THE OBTENTION OF CARBON FIBER COMPOSITES.

Authorship

SIQUEIRA, RENATO LUIZ; SCHIAVON, MARCO ANTÔNIO

SIQUEIRA, RENATO LUIZ

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SCHIAVON, MARCO ANTÔNIO

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DOI

10.5151/2594-5327-2006-14656-0459

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Abstract

A preparação de compósitos de matriz cerâmica (CMC ́s) têm sido até o momento, a área mais promissora na utilização de precursores poliméricos de materiais cerâmicos, devido a possibilidade de preparação de materiais com propriedades interessantes. A incorporação de elementos tais como o boro nesses polímeros, é uma recente estratégia de alteração estrutural e composicional, que melhora as propriedades dos materiais cerâmicos finais, possibilitando novas aplicações destes sistemas. Este trabalho relata a síntese e caracterização térmica de polissiloxanos e poli(borossiloxanos), visando a aplicação destes polímeros como precursores de compósitos de matriz cerâmica contendo fibras de carbono. A síntese dos precursores poliméricos envolveu reações de hidrólise/condensação de alcoxissilanos com ácido bórico, em razões atômica B/Si de 0,2 e 0,5, gerando géis transparentes e homogêneos, os quais apresentaram, quando analisados por infravermelho, bandas atribuídas à ligação Si-O-B, devido à incorporação de unidades trigonais BO3 na rede de siloxano. Os precursores foram convertidos a materiais cerâmicos por pirólise, sob atmosfera inerte até 1000 oC, e as análises por difração de raios-X (DRX), indicaram o caráter amorfo dos materiais. Os compósitos de matriz cerâmica a partir das fibras de carbono foram preparados por impregnação dos polímeros ainda líquidos em conjuntos de fibras unidirecionais, seguido de cura e secagem. Os CMC ́s obtidos por pirólise, sob atmosfera inerte a 1000 oC, foram corpos livres de rachaduras ou defeitos, demonstrando que o método envolvendo a pirólise de precursores poliméricos é adequado para o recobrimento e proteção das fibras de carbono.

The preparation of ceramic matrix composite (CMC's) has been up to now, the most promising area in the use of polymeric precursors of ceramic materials, due to the possibility of preparation of new materials with interesting properties. The incorporation of chemical elements such as boron in these polymers is a recent strategy for structural and composition changes that improves the properties of the final ceramic materials, making possible new applications of these systems. This work reports with the synthesis and thermal characterization of polysiloxanes and poly(borosiloxanes), with the aim of use these polymers as precursors of ceramic matrix composites involving carbon fibers. The synthesis of the polymeric precursors involved hydrolysis/condensation reactions of alkoxysilanes with boric acid, having a nominal B/Si atomic ratio of 0.2 and 0.5, which gave rise to clear and homogeneous gels with B-O-Si bonds due to incorporation of trigonais units BO3 in the siloxane network, as indicated by the analysis of the infrared spectra. The precursors were pyrolysed, under inert atmosphere, up to 1000 oC, and the X-ray diffraction patterns (XRD) indicated that the materials were amorphous. The ceramic matrix composites with carbon fibers were prepared by impregnation of the liquid precursors in unidirectional sets of carbon fibers followed by cure and drying. The CMC ́s obtained by pyrolysis, under inert atmosphere at 1000 oC, were stable and crack-free, showing that this method, involving the pyrolysis of polymeric precursors, is adequate for the covering and protection of carbon fibers.

Keywords

precursores, polímeros de silício, fibras de carbono, compósitos.

precursors, silicon polymers, carbon fibers, Composites