Uma das muitas razões para adicionar nanopartículas rígidas na matriz epoxídica é para melhorar as propriedades mecânicas. Por exemplo, a adição de nanopartículas com elevado módulo de elasticidade (NTCPM e nanoplateletes de grafeno) pode incrementar o módulo de elasticidade e a resistência do nanocompósito final (AJAYAN; SCHADLER; BRAUN, 2003). Segundo Ajayan, Schadler e Braun (2003) três são os mecanismos de transferência de tensões de matrizes poliméricas com a adição de nanopartículas. Segundo os autores, para o primeiro mecanismo o efeito de reforço acontece devido à transferência de tensões de cisalhamento na interface nanopartícula/matriz. Porém, a transferência de tensões é dependente da tensão de cisalhamento interfacial existente entre matriz e as nanopartículas. Quanto maior for à tensão de cisalhamento interfacial menor será à distância (comprimento da nanopartícula) necessária para a transferência da tensão. Adicionalmente, quanto maior a razão de aspecto da nanopartícula, maior o módulo de elasticidade do nanocompósito, devido a maior transferência de tensões ao longo das dimensões das nanopartículas. Já o segundo mecanismo possível à tensão da matriz é transferida através da formação de uma rede nanoestruturada tridimensional (interfase), que atua diminuindo a mobilidade das cadeias poliméricas; o que provoca alteração na transição vítrea e no módulo de elasticidade do nanocompósito. Finalmente, o terceiro mecanismo de transferência de tensões da matriz para os nanoreforços (baseado no segundo mecanismo) é chamado de escoamento localizado próximo das nanopartículas que prejudica a transferência de tensões através da interfase,
aumentado à mobilidade das cadeias poliméricas. Quando ocorre este mecanismo, pode reduzir o módulo de elasticidade em escala macroscópica de tensões elásticas (AJAYAN; SCHADLER; BRAUN, 2003).
Na tentativa de entender estes mecanismos de transferência de nanocompósitos epoxídicos reforçados com nanopartículas alotrópicas do carbono silanizadas com 3- APTES, Li e colaboradores (2013) assumiram que existem dois fatores que competem entre si na interface matriz/nanoreforço. O primeiro fator é a formação da ligação covalente dos terminais amino (-NH2) das nanopartículas com os
componentes da matriz (resina/endurecedor) que pode incrementar a formação de ligações cruzadas e facilitar a transferência de tensões, que consequentemente aumentará as propriedades mecânicas (módulo de elasticidade e resistência) do nanocompósito. Enquanto que o segundo fator é a formação da fina camada de interfase flexível que auxilia na mobilidade das nanopartículas (Figura 23) incrementando a ductilidade do nanocompósito. Assim, as propriedades finais do nanocompósito reforçado com nanopartículas silanizadas com 3-APTES dependem da competição destes dois fatores.
Dentro deste contexto, em estudos recentes, Rajendran- Royan et al., (2013) relataram o efeito da adição de NTCPM_o nas concentrações de 2,5, 5, 7,5 e 10% em massa em nanocompósitos epoxídicos nas propriedades mecânicas. Os autores utilizaram duas formas de oxidação, na superfície dos NTCPM. Uma oxidação com ozônio e luz ultravioleta (oxidação branda) foi utilizada como alternativa para minimizar os defeitos causados na superfície dos NTCPM pelo uso de ácidos fortes. A outra oxidação foi realizada com uma mistura dos ácidos fortes H2SO4/HNO3 como parâmetro de
comparação. Os resultados revelaram que os melhores resultados para propriedades mecânicas como resistência à flexão e dureza (HV) foram obtidos quando foram utilizados os NTCPM_o com ozônio e luz ultravioleta em relação com os
NTCPM_o com ácidos fortes. Provavelmente estes resultados foram obtidos devido ao menor número de defeitos na superfície das nanopartículas. Já Rokni e colaboradores (2013) estudaram o efeito da incorporação de NTCPS e NTCPM_o em duas diferentes matrizes epoxídicas, LY-5052 (Novolac) e LY- 564, nas propriedades mecânicas dos nanocompósitos produzidos em três frações mássicas de 0,25, 0,5, 1,0 e 1,5%. Incrementos nas propriedades mecânicas foram reportados com o aumento da fração volumétrica. Porém, os autores relataram maiores aumentos quando foram utilizados NTC oxidados na fração mássica de 1,5%. Assim, com a utilização de NTCPS oxidados houve um incremento de 33% para o módulo de elasticidade, i.e 4,14 GPa em relação à resina pura Novolac (3,11 GPa). Já em relação à resina LY-564, para a mesma fração volumétrica de NTCPS oxidados, a adição do nanoreforço funcionalizado aumentou de 3,00 GPa (resina pura) para 4,05 GPa, ou seja, um incremento de 35%.
Hoepfner (2013) em sua dissertação de mestrado estudou as propriedades mecânicas dos nanocompósitos de matriz epóxi reforçadas com nanotubos de carbono de paredes múltiplas (NTCPM) silanizados com GLYMO nas concentrações mássicas de 0,05%, 0,075% e 0,1%. Os resultados das propriedades mecânicas mostraram um aumento de 32% no módulo de elasticidade dos nanocompósitos reforçados com 0,075% de NTC oxidados e 15% para os NTC silanizados para a mesma concentração em comparação a matriz pura. Porém, as micrografias de microscopia eletrônica de varredura mostraram que as morfologias das fraturas tiveram poucas alterações nos nanocompósitos que utilizaram NTC oxidados e silanizados. Permanecendo a característica de um material frágil, com uma fratura bem homogênea. Kim et al., (2010b) estudaram o efeito da silanização com 3-APTES de NTC nas propriedades mecânicas dos nanocompósitos com concentrações variando de 0 a 0,5% em massa de nanoreforço. A resistência à tração também dos mesmos nanocompósitos
obtiveram um incremento de 15% em relação à resina pura, enquanto o aumento para os nanocompósitos reforçados com NTC oxidados foram de 12%, para a mesma concentração do nanoreforço. No entanto, o módulo de elasticidade continuou aumentando em concentrações mais elevadas de NTC, o que pode ser atribuído ao aumento da rigidez dos nanocompósitos devido à incorporação do nanoreforço. Com a adição de 0,5% em massa de NTC silanizados o módulo de elasticidade incrementou 66% em relação à resina pura. Lee et al., (2010c) estudaram as propriedades mecânicas dos nanocompósitos reforçados com NTC silanizados com 3-APTES em matriz epoxídica DGEBA. Os resultados mostraram que os NTC funcionalizados com organosilanos aumentaram o desempenho dos nanocompósitos em termos de resistência a deformação elástica. Foi reportado um aumento de 29% em relação à matriz pura para o módulo de elasticidade.
Para os nanoplateletes de grafeno, Hack (2013) em seu trabalho estudou as propriedades mecânicas dos nanocompósitos produzidos com (DGEBA) e reforçados com grafeno produzido (GP) e comercial (GC), óxido de grafite (OG), óxido de grafite expandido (OGE) nas concentrações mássicas de 0,75, 1,00 e 2,00% em massa. As propriedades mecânicas dos nanocompósitos não foram alteradas significativamente com a adição do solvente na matriz polimérica. Foi observado um aumento de aproximadamente 5% no módulo de Young quando foram utilizados 2% em massa de nanoplateletes de grafeno comercial sem o solvente THF em comparação com a resina pura. Li e colaboradores (2013) avaliaram o efeito da adição de 0,1, 0,2, 0,5 e 1,0% em massa de óxido de grafeno nas mecânicas (testes de tração) dos nanocompósitos produzidos com a resina LY-5052 (Novolac). Com a adição de 0,2% em massa de (OG) o módulo de elasticidade incrementou em 20% em relação à resina pura, com valores de 3,0 e 2,5 GPa, respectivamente. Adicionalmente, estudaram o efeito da silanização com dois
diferentes organosilanos, o GLYMO e o 3-APTES em nanoplateletes de grafeno oxidados (GO) nomeadas de GPTS- GO e APTS-GO, respectivamente. Os autores adicionaram 0,1, 0,2 e 0,5% em massa do nanoreforço para avaliar as propriedades mecânicas dos nanocompósitos com a resina LY- 5052 (Novolac). Com a adição de 0,2% em massa de APTS- GO houve um incremento de 32% para o módulo de elasticidade (3,3 GPa) e 16% para a resistência à tração (81,2 MPa) em relação à resina pura. Os autores Abdullah e Ansari (2014) adicionaram óxido de grafeno (OG) nas concentrações volumétricas na faixa de 1,5-6% em resina epoxídica e, estudaram os efeitos da adição destas nanopartículas na matriz polimérica nas propriedades mecânicas. O módulo de elasticidade foi incrementado à medida que a fração volumétrica foi aumentada na faixa de 1,5 a 6% em volume. Com a adição de 1,5% em volume de OG incrementaram as propriedades como resistência à tração, dureza (HV) e módulo de elasticidade em relação à matriz pura. Já Jiang et al., (2013) estudaram o efeito da incorporação de sílica silanizada com 3- APTES em óxido de grafeno nas propriedades mecânicas dos nanocompósitos epoxídicos (DGEBA). Os melhores resultados para a resistência à tração e módulo de elasticidade foram obtidos para os nanocompósitos com adições de 1% em massa de OG acoplados com sílica silanizada. A resistência à tração e o módulo de elasticidade aumentaram 29,2 e 22%, respectivamente em relação à resina pura. Os autores atribuíram a este aumento das propriedades mecânicas para as interações interfaciais dos grupos hidroxílicos e amínicos entre o nanoreforço e a matriz polimérica.