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POTENTIAL APPLICATIONS OF HIGH-MODULUS EXTRUDABLE POLYETHYLENE AND ITS COMPOSITES FILLED WITH NIOBIUM OXIDE

O polietileno extrusável de alto módulo (HMPEX) da Petrobras apresenta propriedades físicas e mecânicas comparáveis às do polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE), contudo, é mais fácil de processar. O óxido de nióbio (Nb₂O₅) constitui uma carga mineral amplamente disponível no Brasil, sendo biocompatível e bioativo. No presente estúdio, avaliou-se o potencial de aplicação do HMPEX e seus compósitos carregados com Nb₂O₅. Procedeu-se à avaliação do efeito da incorporação de teores entre 5 e 20 wt% Nb₂O₅ nas propriedades de tração, térmicas e morfológicas dos compósitos de HMPEX moldados por compressão. Adicionalmente, procedeu-se à avaliação das propriedades de um compósito de HMPEX extrudado contendo 15 wt% Nb₂O₅, comparativamente ao seu homólogo moldado por compressão (MC). Resultados dos ensaios de tração evidenciaram que um incremento no teor da carga no MC promove aumento do módulo elástico e redução do alongamento na ruptura, da resistência à tração e da tenacidade. A resistência no escoamento apresentou baixa variabilidade. A análise termogravimétrica (TGA) e a calorimetria diferencial de varredura (DSC), não mostraram mudanças significantes na estabilidade térmica, ou nas propriedades térmicas dos compósitos. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) evidenciaram uma dispersão não homogénea da carga na matriz, e presença de aglomerados, cuja formação incrementa com o aumento no teor de carga. A análise comparativa mostrou que o MC teve um melhor desempenho mecânico do que o composto extrudado (EX). Ao contrário do MC, o EX apresentou uma elevada diminuição da entalpia de fusão e do índice de cristalinidade. Apesar da presença de aglomerados, a microestrutura do EX exibe uma melhor dispersão e distribuição da carga no polímero do que a microestrutura do MC. Tanto o HMPEX como o MC com 5% de Nb₂O₅ cumprem os requisitos da norma ASTM 638F, demonstrando potencial para aplicações biomédicas. Por outro lado, o MC com 15% é adequado para aplicações que exijam um módulo elevado sem deformações significativas.
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POTENTIAL APPLICATIONS OF HIGH-MODULUS EXTRUDABLE POLYETHYLENE AND ITS COMPOSITES FILLED WITH NIOBIUM OXIDE

  • DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.135162517036

  • Palavras-chave: polietileno de alto módulo extrusável, óxido de nióbio, biomaterial; material bioativo, propriedades de tração, carga mineral, propriedades térmicas...

  • Keywords: High modulus extrudable polyethylene, niobium oxide; biomaterial; bioactive material, tensile properties, mineral filler, thermal properties.

  • Abstract: Petrobras' extrudable high-modulus polyethylene (HMPEX) has physical and mechanical properties comparable to those of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), but is easier to process. Niobium oxide (Nb₂O₅) is a mineral filler that is biocompatible, bioactive, and widely available in Brazil. In this study, we evaluated the application potential of HMPEX and its composites loaded with Nb₂O₅. As part of this research, the effects of incorporating Nb₂O₅ on the tensile, thermal, and morphological properties of compression-molded HMPEX composites containing a filler of 5 to 20% by weight (wt%) were evaluated. In addition, the properties of an extruded HMPEX composite containing 15 wt% Nb₂O₅ were evaluated in comparison to its compression molded (CM) counterpart. Tensile testing revealed that increasing the filler content in the CMs led to an increase in elastic modulus and a decrease in elongation at break, tensile strength, and toughness, while yielding minimal variability in yield strength. Thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC) revealed no significant changes in the thermal stability or thermal properties of the MCs. The micrographs obtained by scanning electron microscopy (SEM) showed the presence of agglomerates and an uneven filler distribution within the matrix. In terms of mechanical performance, the comparative analysis showed that the MC performed better than the EX. Unlike MC, the EX exhibited a significant reduction in melting enthalpy and crystallinity index. Agglomerated particles were also observed in the EX microstructure, but it presented superior filler dispersion and distribution in the polymer compared to the MC microstructure. On the other hand, MC containing 15% is suitable for applications requiring a high modulus without significant deformation.

  • Nancy Isabel Alvarez Acevedo
  • João Pedro Coré Pinto
  • Marisa Cristina Guimarães Rocha
  • Noemi Tatizawa
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