Avaliação de sistema duplo de reforço contendo fibra mineral lã de rocha e negro de fumo em composições de borracha nitrílica

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Rocha, Elisson Brum Dutra da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Química
• Palavras-chave em Português: Nitrile rubber; Rockwool fiber; Carbon black; Dual-filler system; Borracha nitrílica; Lã de rocha; Negro de fumo; Sistema duplo de reforço; CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18848

O uso de sistemas duplo de reforço tem se mostrado uma opção interessante para o desenvolvimento de novas composições de borracha. Este trabalho estudou o uso de um sistema duplo aplicado a borracha nitrílica (NBR) à base de negro de fumo e da lã de rocha, uma fibra inorgânica pouco explorada em composições elastoméricas. O trabalho foi dividido em duas partes. A primeira abordou a comparação de três tipos de lã de rocha, denominadas como R1, R2 e R3, com comprimentos diferentes (R1 e R2: 300 µm e R3:125 µm), com (R2) e sem (R1 e R3) modificação química superficial de enxofre-silano em compósitos de NBR. Foram preparadas dez formulações, onde nove variaram os três tipos de fibra cada uma com 10, 25 e 40 phr e a décima foi uma goma pura (GP) para ser usada como parâmetro de comparação. Os compósitos foram avaliados quanto aos seus aspectos morfológicos, via microscópio eletrônico de varredura e microtomografia computadorizada via raios-x, e quanto as propriedades térmicas, reológicas e mecânicas. A análise morfológica indicou que as fibras não apresentaram uma orientação preferencial na matriz polimérica. Os outros resultados mostraram que a diferença de comprimento das fibras não interferiu nos resultados e o tipo de lã de rocha R2 foi o que obteve a melhor interação interfacial com a matriz polimérica apresentando melhorias nas propriedades de módulo a 100% de deformação, dureza Shore A, resistência ao rasgamento, efeito Payne e relaxação de tensão sob compressão. Ademais a formulação com 10 phr da lã de rocha do tipo R2 (R2-10) obteve relaxação de tensão sobre compressão similar a goma pura, o que foi considerado um destaque. Deste modo a fibra de lã de rocha R2 foi selecionada como a mais promissora. A segunda parte do trabalho fez uso da fibra R2 para avaliar a sua contribuição em compósitos com sistema duplo de reforço a base de negro de fumo e lã de rocha utilizando um planejamento experimental de misturas Simplex-Centroide aumentado de três pontos interiores. Foram preparadas dez formulações variando-se a quantidade de negro de fumo e lã de rocha de 0 a 40 phr. Os compósitos foram avaliados quanto as propriedades reológicas e mecânicas. Após a coleta e análise dos dados, foi possível obter modelos matemáticos que permitem predizer com bom nível de confiabilidade as propriedades avaliadas e como os componentes interagem isoladamente e se existe ou interação entre eles. O uso da fibra de lã de rocha no sistema duplo de reforço contribuiu para melhorias gerais nas propriedades de dureza Shore A, resistência ao rasgamento, delta torque e resistência à compressão. As propriedades de Módulo a 100% de deformação, efeito Payne e relaxação de tensão por compressão foram destaque, pois, a lã de rocha teve impacto significativo na melhora destes resultados. Por outro lado, as propriedades de tensão e alongamento na ruptura, características de cura e densidade de ligações cruzadas não foram afetados pela presença da lã de rocha.