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Tipo do documento: Tese
Título: Avaliação de sistema duplo de reforço contendo fibra mineral lã de rocha e negro de fumo em composições de borracha nitrílica
Título(s) alternativo(s): Rockwool mineral fiber and carbon black dual-filler systems assessment on nitrile rubber composites
Autor: Rocha, Elisson Brum Dutra da 
Primeiro orientador: Sousa, Ana Maria Furtado de
Primeiro coorientador: Furtado, Cristina Russi Guimarães
Primeiro membro da banca: Escócio, Viviane Alves
Segundo membro da banca: Gonçalves, Marcos Vinícius Colaço
Terceiro membro da banca: Nunes, Regina Célia Reis
Quarto membro da banca: Corrêa, Harrison Lourenço
Resumo: 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.
Abstract: The use of dual-filler systems has proved to be an interesting option for the development of new rubber composites. This work assessed the use of a dual-filler system on nitrile rubber (NBR) based on carbon black and rockwool fiber, an inorganic fiber not often used in elastomeric compositions. This work is divided in two parts. The first addressed the comparison of three types of rockwool fibers, coded as R1, R2 and R3, with different lengths (R1 and R2: 300 µm and R3:125 µm), with (R2) and without (R1 and R3) sulfur-silane chemical surface modification in NBR composites. Nine out of ten formulations were prepared varying the three types of fiber each with 10, 25 and 40 phr and the tenth was a pure gum (GP), which was used as a comparison parameter. The composites were evaluated for its morphological aspects, via scanning electron microscopy and computerized microtomography via x-ray, and for its thermal, rheological and mechanical properties. The morphological analysis indicated that the fibers did not assume a preferential orientation in the polymer matrix. The other results showed that the difference in fiber length did not interfere in the results and the R2 rockwool fiber was the one that achieved the best interfacial interaction with the polymer matrix, improving some properties such as modulus at 100% of strain, Shore A hardness, tear strength, Payne effect and stress relaxation under compression. Furthermore, the formulation with 10 phr of R2 rockwool fiber (R2-10) obtained similar stress relaxation when compared to the pure gum, which was considered an outstanding result. Thus, the R2 rockwool fiber was selected as the most promising. The second part of this work used the fiber R2 to evaluate its contribution in composites with dual-filler systems based on carbon black and rockwool. A Simplex-Centroide augmented by three interior points experimental design was applied. Ten formulations were prepared varying the amount of carbon black and rockwool from 0 to 40 phr. The composites were assessed for its rheological and mechanical properties. After collecting and analyzing the data, it was possible to obtain mathematical models that allow predicting, with good reliability level, the properties studied and also how the components contributed to the properties on its own and if there was any interaction between them. The use of the rockwool fiber in the dual-filler system studied contributed to overall improvements in Shore A hardness, tear strength, delta torque and compressive strength. The properties of Modulus at 100% of strain, Payne effect and stress relaxation by compression were highlighted, because the rockwool fiber had a significant impact on improving results. On the other hand, the properties of stress and elongation at break, cure characteristics and crosslink density were not affected by the rockwool presence.
Palavras-chave: Nitrile rubber
Rockwool fiber
Carbon black
Dual-filler system
Borracha nitrílica
Lã de rocha
Negro de fumo
Sistema duplo de reforço
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição: UERJ
Departamento: Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto de Química
Programa: Programa de Pós-Graduação em Química
Citação: ROCHA, Elisson Brum Dutra da. Avaliação de sistema duplo de reforço contendo fibra mineral lã de rocha e negro de fumo em composições de borracha nitrílica. 2021. 130 f. Tese (Doutorado em Química) - Faculdade de Química, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/18848
Data de defesa: 10-Dez-2021
Aparece nas coleções:Doutorado em Química

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