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 EM 3829 – N  ANOCOMPÓSITOS QUADRIMESTRE DE 2011  A PLICAÇÃO DE N  ANOCOMPÓSITOS NA INDUSTRIA DE PNEUS Bruna Tosco (RA: 11065207) Carlos Antônio V. A. Machado (RA: 11029208) Edvan Almeida (RA: 11084707) Guilherme Ciuffi (RA: 11061807) Hélio Calixto (RA: 11083307) Kelly Cristina de Lira (RA: 11074707) Kleber Hi deaki Kodama (RA: 11019306) Leandro Souza Lima (RA: 11064508) Luis Fernando G. Ambrosi (RA: 11083208) Natál ia Melato (RA: 11049708) Rodrigo Venâncio da Silva (RA: 11013006) Tatiane Esteves Watanabe (RA: 11061208) Thaise da Silva (RA: 11036607) Prof. Everaldo Carlos Venâncio

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EM 3829 – N ANOCOMPÓSITOS

3° QUADRIMESTRE DE 2011

 A PLICAÇÃO DE N ANOCOMPÓSITOS NA INDUSTRIA DE PNEUS

Bruna Tosco (RA: 11065207)Carlos Antônio V. A. Machado (RA: 11029208)

Edvan Almeida (RA: 11084707)Guilherme Ciuffi (RA: 11061807)Hélio Calixto (RA: 11083307)

Kelly Cristina de Lira (RA: 11074707)Kleber Hideaki Kodama (RA: 11019306)

Leandro Souza Lima (RA: 11064508)

Luis Fernando G. Ambrosi (RA: 11083208)Natália Melato (RA: 11049708)

Rodrigo Venâncio da Silva (RA: 11013006)Tatiane Esteves Watanabe (RA: 11061208)

Thaise da Silva (RA: 11036607)

Prof. Everaldo Carlos Venâncio

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Nanocompositos: Sistemas poliméricos reforçados com partículasinorgânicas cuja dimensão relevante é da ordem do nanômetro

Montmorilonita: Pode ser delaminada e incorporada na

resina em camadas individuais com espessuras da ordem de1nm

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PNEU VERDE: INTRODUÇÃO DA SÍLICA NA BANDA DE

RODAGEM, SUBSTITUINDO PARTE DO NEGRO DE FUMO

Consumo de Combustível X Aquecimento da Borracha

Michelin: Pneu aqueça cada vez menos sem comprometera aderência ao solo.

 59ª SBPC – Borrachas reprocessáveis de alto desempenho

 Vulcanizados X Ligações covalentes = Reclicagem

Elastômeros termoplásticos – borrachas que se tornamplásticas quando aquecidas

Os elastômeros termoplásticos são a chave para um pneuverde.

 

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 A sílica misturada a essa borracha torna a cadeia mais solta e

Diminui a histerese, que é a geração de calor As indústrias e a comunidade acadêmica tem demonstradointeresse, especificamente em relação à preparação e

caracterização de nanocompósitos poliméricos de borrachanatural foram recuperados 214 artigos e 13 patentes

O objetivo é substituir uma quantidade significativa do negrode fumo na borracha, de forma a se conseguir a redução doacúmulo de calor no produto, aumentando assim a durabilidadedo pneu e a economia de combustível

 

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N ANOCOMPÓSITOS DE BORRACHA COM NANOPARTÍCULAS

DE SÍLICA 

 A PLICAÇÃO

Figura 1: Triângulo das propriedades: quando uma propriedademelhora outra consequentemente diminui. O ideal é obter umbalanço entre estas características para um determinado pneu.

 

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 A segurança do pneu é de extrema importância emqualquer lugar do mundo

 A economia de combustível é relevante devido aos

impactos ambientais

 A aderência em pista molhada obteve melhorias com o“ ”

Cerca de 30% do trabalho mecânico disponível docombustível é dissipado nos pneus.

Uma redução de 15% na resistência ao rolamentoacarretaria em uma melhora de consumo decombustível de 4,5%.

 

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 AS CARACTERÍSTICAS DE DESEMPENHO ESTÃO

RELACIONADAS ÀS PROPRIEDADES MECÂNICO-DINÂMICAS DO

MATERIAL CONSTITUINTE DA BANDA DE RODAGEM (PARTE DOPNEU QUE FICA EM CONTATO COM O SOLO):

 As partes cheias sãochamadas de biscoitosou blocos

Os espaços entre osblocos são conhecidoscomo sulcos

Devem ofereceraderência, tração,estabilidade, esegurança

 

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Resistência ao rolamento: está relacionada com a

histerese na região viscoelástica linear e com afrequência angular de um pneu em movimento.

Derrapagem no molhado: por se tratar de umfenômeno de alta frequência, está fortementerelacionado à Tg.

Desgaste da banda de rodagem: associado amovimentos de frequência mais altos que ocorremdurante as frenagens, correlacionado com Tg,

resistência à abrasão e à aderência ao molhado.

 

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Composto Proporção (partes por cem de borracha)

Bromobutil 2255 100,0Negro de fumo N660 60,0Óleo naftênico 8,0

Struktol 40MS 7,0Resina fenólica 4,0Ácido esteárico 1,0Óxido de zinco 1,0MBTS 1,25

Composição da borracha bromobutílica

Pesquisa – Comparação entre borrachas

nxo re ,

Composto Proporção (partes por cem de borracha)

Nanocompósito 100,0

Negro de fumo N660 60,0Óleo naftênico 3,5Struktol 40MS 7,0Resina fenólica 4,0Ácido esteárico 1,0Óxido de zinco 1,0MBTS 1,25Enxofre 0,5

Composição da borracha de nanocompósito (copolímeroisobutileno-co-parametilstereno (BIMS) reforçado com sílica)

 

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Propriedade Borracha butílica Borracha de

nanocompósitoViscosidade de Mooney a

100°C65,3 70,3

Tempo de cura (min.) 10,13 15,79

Propriedades das duas borrachas

Coeficiente depermeação

((cm³.mm)/(m².dia))

198 121

Taxa relativa (%) 100 61

 

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Avaliação das borrachas

• Pneu radial de caminhão

• Uniformidade

 • Retenção da pressão interna• Durabilidade

• Pneu de borracha de nanocompósito: redução de 35% da espessura

  

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Avaliação das borrachas

• Uniformidade: resultados semelhantes.

• Características do teste de durabilidade: 50 km/h, carga aplicada sofre umincremento de 10% a cada 8h, além de haver tomada de temperatura nanervura central e no ombro, até que ocorresse falha.

• Pneu de borracha butílica: após 47 horas houve falha;• Pneu de nanocompósito: 59 horas, temperatura 13 °C abaixo para omesmo tempo.

• Redução da espessura e no peso da borracha: Aumento da eficiência no•processamento(menor tempo de extrusão e de cura), retificando as vantagens!

 

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A incorporação da sílica, boemita e fulereno em formulações depneus:

-permite atingir um equilíbrio entre o acúmulo de calor pelopneumático

-melhora a resistência a abrasão e a tração

-permite diferentes arranjos na composição, afim de melhoraralguma propriedade especifica ,

- an o gera na per ormance

Em bandas de rodagem de SBR , a sílica produz uma redução nahisterese de 8-20%,

Com uma redução de 20% na histerese, ocorre uma economia decombustível em torno de 4%

 

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A utilização da sílica como cargas de reforço eram pouco utilizadasna indústria de pneus.

Pois se tinha uma dificuldade em dispersar as nanoparticulas desílica na matriz de borracha, resultando em:

- uma baixa resistência ao rasgo ,

- e pobres características de cura e processabilidade

Isso ocorre devido a suas características químicas e físico-químicas da superfície as quais proporcionam uma fraca interação como polímero e alta interação carga-carga.

 

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Mas na década 90 com a introdução de pneu verde pela Michelinas particulas de sílica ganharam importância

Com a adição de nanopartículas de sílica aos pneus ocorremelhoras substanciais; quando comparados ao negro de fumo;

-Melhora a resistência ao rasgo,- Melhora a resistência a abrasão

-Melhora a resistência ao envelhecimento

-Melhora a resistência a tração

 

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Para utilização de altos teores de sílica utiliza-se a modificaçãoquímica da superfície; tornando as nanopartículas de sílica mais

dispersivas e com maior interação polímero-carga.

Para isso são utilizados os agentes modificadores monofuncionaisou os bifuncionais.

Os monofuncionais modificam as características superficiais dacarga.

Já os agentes de acoplamento bifuncionais reagem também com

a borracha

Sendo os agentes bifuncionais são os mais utilizados nasindustrias de pneus, um agente muito utilizado é obis(trietoxisililpropil)tetrasulfeto (TESPT)

 

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-As reações primárias e secundárias da sílica com o

bis(trietoxisililpropil)tetrasulfeto (TESPT).

 

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O enxofre presente na molécula de TESPT

desempenha um papel crucial na cinética devulcanização, pois contribui para o aumento dadensidade de reticulação do produto final

O processo de modificação da superfície dasílica à partir de agentes bifuncionais (Silanos),proporciona uma interação polímero-carga mais forte,aumentando as propriedades requeridas em

pneumáticos.

 

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PROCESSAMENTO DE ELASTÔMEROS COM

NANOPARTÍCULAS DE SÍLICA 

* A sílica é uma carga amplamente utilizada naindústria da borracha

* Processo sol-gel

Hidrólise

Condensação

 

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PROCESSAMENTO DE ELASTÔMEROS COM

NANOPARTÍCULAS DE SÍLICA 

* Sistema de baixo para cima (bottom-up)

* Estrutura híbrida orgânica-inogânica

com fases intimamente misturadas

 

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PROCESSAMENTO DE ELASTÔMEROS COM

NANOPARTÍCULAS DE SÍLICA 

* Produção do nanocompósito in situ:

Dissolução metal  Adição componentes

 Ativação da reação Remoção do solvente, água e álcool

* Inchaço da borracha não vulcanizada

Imersão da borracha em uma solução básica ou ácida

Mistura mecânica

 

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Interações termodinâmicas entre Carga e

Polímero

 

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[1]Site: <http://www.plastico.com.br/revista/pm349/abpol5.htm>, disponível: 16:20h 25/11/2011.[2] Site:<http://verde.infolink.com.br/tag/pneu-verde>, disponível: 16:30h 25/11/2011.

[3]Site: <http://www.gazetadopovo.com.br/automoveis/conteudo>. disponível: 21:30h 26/11/2011.

[4]RIPPEL, M.M.; BRAGANÇA F.C. BORRACHA NATURAL E NANOCOMPÓSITOS COM ARGILA. Disponívelem<http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422009000300024>, acessado 22:00h 26/10/11.

[5]GALEMBERCK, F.,JORNAL DA FUNDAÇÃO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ - RUMO AO PNEU ECOLÓGICO, disponível em<http://www.funpar.ufpr.br:8080/funpar/boletim/novo2/externo>, acessado as 22:10h 26/11/2011.

[6]Reportagem: RUFFO, G.H., O PENEU VERDE; Quatro Rodas, abril/2009, Site:<http://quatrorodas.abril.com.br/autoservico/reportagens/pneu-verde-479152.shtml>, acessado 22:00h 26/11/2011.

[7] MITTAL V., KIM, J.K., PAL, K. RECENT ADVANCES IN ELASTOMERIC NANOCOMPOSITES: ADVANCED STRUCTURED MATERIALS. Berlin: Springer, 2011.

Bibliografia

[8]Brendan R., Robert N. Webb, Weiqing Weng. ADVANCES IN TIRE INNERLINER TECHNOLOGIES. Disponível em

<site:http://findarticles.com/p/articles/mi_hb6620>, Acessado 19:00h 25/11/2011.

[9] THOMAS. S, STEPHEN, R. Rubber NANOCOMPOSITES: PREPARATIONS, PROPERTIES AND APPLICATIONS. Singapore: Wiley, 2010.

[10] “International Rubber Conference: SÍLICA NO PNEU AJUDA A ECONOMIZAR COMBUSTÍVEL E REDUZIR EMISSÕES DE CO2”, disponível em: <http://www.tecnologiademateriais.com.br/noticias/2011/plastico_engenharia/junho/International_Rubber_Conference.html>, acessado 15:00h26/11/2011.

[11] - Peng, C.C., Gopfert, A., Drechsler, M., Abetz, V. (2005); SILICA-RUBBER NANOCOMPOSITES IN VIRTUE OF HYDROGEN BONDING

INTERACTION. Polymers for Advanced Technologies, nº 16, p.770–782. Disponível em:<http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pat.666/references>. Acesso 15:30h 26/11/2011.

[12] BRAUM, M.V “MELHORIA DA INTERAÇÃO POLÍMERO-CARGA ATRAVÉS DO USO DE BORRACHA DE POLIBUTADIENO EPOXIDADA”.2006, 37.

[13]SALAANI, M.K; MACLSAAC, J. D Et al. NHTSA TIRE ROLLING RESISTAN CE TEST DEVELOPMENT PROJECT – PHASEI. Paper Number 09-0300.