PREPARAÇÃO DE SENSOR DE DEFORMAÇÃO BASEADO EM TPU/POLIPIRROL POR ASSISTÊNCIA DE MANUFATURA ADITIVA E POLIMERIZAÇÃO IN SITU
manufatura aditiva; modelagem por deposição fundida; poliuretano
termoplástico; polímeros condutores; sensores de deformação flexíveis.
Este trabalho envolveu a produção e avaliação do desempenho de um sensor de
deformação flexível baseado em um compósito condutor obtido a partir da deposição
de polipirrol sobre substratos de poliuretano termoplástico (TPU) fabricados por
manufatura aditiva. A metodologia compreendeu a modelagem e impressão 3D de
substratos com duas diferentes orientações de deposição de camadas e duas
variações de morfologia superficial: superfícies convencionais e superfícies
modificadas por meio do recurso fuzzy skin. Após a impressão, os substratos foram
submetidos a tratamento superficial por plasma e, em seguida, recobertos com
polipirrol por polimerização in situ, empregando dois tempos distintos de
polimerização. As amostras foram caracterizadas por espectroscopia no infravermelho
(FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), além de ensaios elétricos,
incluindo análises de curvas corrente-tensão (I-V) em diferentes níveis de deformação,
avaliação da sensibilidade (fator de medida), linearidade, histerese, tempo de
resposta, estabilidade cíclica de longa duração e comportamento sob diferentes níveis
e frequências de deformação.
Os resultados demonstraram que os sensores apresentam comportamento resistivo e
elevada sensibilidade à deformação, dependente da morfologia superficial, da
orientação das camadas impressas e do tempo de recobrimento. Substratos com
superfície modificada e maior tempo de recobrimento exibiram os maiores fatores de
medida, alcançando valores elevados de sensibilidade mesmo em baixas
deformações (GF= 1543 em 10% de deformação). O sensor apresentou faixas de
deformação específicas com boa linearidade (R2 >0,99). As análises morfológicas
confirmaram a formação de microfissuras na camada condutora após a aplicação de
deformações, associadas tanto ao mecanismo de sensibilidade do sensor quanto a
sua degradação após ensaios cíclicos. Ensaios de longa duração evidenciaram boa
durabilidade e repetibilidade da resposta elétrica, especialmente para amostras com
superfícies com a variação fuzzy skin, demonstrando estabilidade ao longo dos 2500
ciclos aplicados. A histerese do sensor mostrou-se dependente do nível de
deformação aplicada, diminuindo com o nível de deformação aplicado. O sensor
apresentou tempos de resposta da ordem de dezenas de milissegundos e demonstrou
capacidade de detectar deformações tão baixas quanto 0,5%. O sensor tambémdemonstrou capacidade de resposta sob diferentes níveis e frequências de
deformação.
Os resultados evidenciaram o potencial do sensor para aplicações que requeiram
resposta rápida, monitoramento de movimentos, dispositivos vestíveis e sistemas de
sensoriamento flexível.