Desarrollo de nanocompósitos basados en un fluoroelastómero-materiales grafiticos-nanopartículas de Bi2O3 para su posible aplicación como materiales de protección contra la radiación de alta energía

Abstract

El desarrollo de compósitos poliméricos para blindaje contra radiación de alta energía, sea rayos X o gamma, ha ganado relevancia para su implementación en industrias de alta tecnologías como aeroespacial o astronomía observacional. Para ello, se necesitan dispersar rellenos en la matriz polimérica capaces de atenuar dicha radiación mediante procesos de absorción y/o dispersión, sin ver afectada su estructura, composición y propiedades durante el proceso. Los fluoroelastómeros FKM presentan alta resistencia a la degradación inducida por radiación de alta energía dado sus enlaces carbono-flúor, siendo una matriz idónea para emplear. Además, el uso de rellenos grafiticos, como nanoplaquetas de grafeno (GP) y grafito (G), mejoran las propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas de los compósitos respecto a la matriz polimérica. Conjuntamente, adicionar +óxido de bismuto (III) al polímero mejora la absorción de radiación dado su alto número atómico (Z=83). Esta tesis propone la investigación del efecto de la adición de materiales grafiticos y de óxido de bismuto (III) en la matriz de fluoroelastómero FKM para el desarrollo de compósitos con propiedades de atenuación de radiación de alta energía mejoradas respecto a la matriz polimérica. La preparación de estos compósitos contempló la dispersión mecánica de los rellenos en la matriz polimérica mediante el uso de molino de dos rodillos. Los resultados muestran que la incorporación del relleno híbridos G/Bi2O3 a 40/40 phr en FKM aumenta la rigidez y la elongación a la rotura del nanocompósito resultante, siendo el aumento del módulo elástico E50 en un +1459% (10,76 ± 0,42 MPa) respecto al FKM (0,69 MPa ± 0,16). La temperatura de degradación del FKM (470,3 °C) aumenta con la adición de grafito (G), siendo para FKM-G 40 phr y FKM-G/Bi2O3 40/40 de 487,9 °C y 483,9 °C, respectivamente. Finalmente, los coeficientes de atenuación con rellenos de Bi2O3 40 phr y G/Bi2O3 40/40 phr incrementan respecto al FKM en un 47,4% y 35,7% respectivamente.