EM 3829 NANOCOMPSITOS 3 QUADRIMESTRE DE 2011 APLICAO DE NANOCOMPSITOSNA INDUSTRIA DE

PNEUS

Bruna Tosco (RA: 11065207) Carlos Antnio V. A. Machado (RA: 11029208) Edvan Almeida (RA: 11084707) Guilherme Ciuffi (RA: 11061807) Hlio 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) Natlia Melato (RA: 11049708) Rodrigo Venncio da Silva (RA: 11013006) Tatiane Esteves Watanabe (RA: 11061208) Thaise da Silva (RA: 11036607)

Prof. Everaldo Carlos Venncio

Nanocompositos: Sistemas polimricos reforados com partculas inorgnicas cuja dimenso relevante da ordem do nanmetro

Montmorilonita: Pode ser delaminada e incorporada na resina em camadas individuais com espessuras da ordem de 1nm

PNEU VERDE: INTRODUO DA SLICA NA BANDA DE RODAGEM, SUBSTITUINDO PARTE DO NEGRO DE FUMO Consumo de Combustvel X Aquecimento da Borracha Michelin: Pneu aquea cada vez menos sem comprometer a aderncia ao solo. 59 SBPC Borrachas reprocessveis de alto desempenho Vulcanizados X Ligaes covalentes = Reclicagem Elastmeros termoplsticos borrachas que se tornam plsticas quando aquecidas Os elastmeros termoplsticos so a chave para um pneu verde.

A slica misturada a essa borracha torna a cadeia mais solta e Diminui a histerese, que a gerao de calor As indstrias e a comunidade acadmica tem demonstrado interesse, especificamente em relao preparao e caracterizao de nanocompsitos polimricos de borracha natural foram recuperados 214 artigos e 13 patentes

O objetivo substituir uma quantidade significativa do negro de fumo na borracha, de forma a se conseguir a reduo do acmulo de calor no produto, aumentando assim a durabilidade do pneu e a economia de combustvel

NANOCOMPSITOS DE BORRACHA COM NANOPARTCULASDE SLICA

APLICAO

Figura 1: Tringulo das propriedades: quando uma propriedade melhora outra consequentemente diminui. O ideal obter um balano entre estas caractersticas para um determinado pneu.

A segurana do pneu de extrema importncia em qualquer lugar do mundo A economia de combustvel relevante devido aos impactos ambientais A aderncia em pista molhada obteve melhorias com o desenvolvimento do pneu verde Cerca de 30% do trabalho mecnico disponvel do combustvel dissipado nos pneus. Uma reduo de 15% na resistncia ao rolamento acarretaria em uma melhora de consumo de combustvel de 4,5%.

CARACTERSTICAS DE DESEMPENHO ESTO RELACIONADAS S PROPRIEDADES MECNICO-DINMICAS DO MATERIAL CONSTITUINTE DA BANDA DE RODAGEM (PARTE DO PNEU QUE FICA EM CONTATO COM O SOLO):

AS

As partes cheias so chamadas de biscoitos ou blocos Os espaos entre os blocos so conhecidos como sulcos Devem oferecer aderncia, trao, estabilidade, e segurana

Resistncia ao rolamento: est relacionada com a histerese na regio viscoelstica linear e com a frequncia angular de um pneu em movimento. Derrapagem no molhado: por se tratar de um fenmeno de alta frequncia, est fortemente relacionado Tg. Desgaste da banda de rodagem: associado a movimentos de frequncia mais altos que ocorrem durante as frenagens, correlacionado com Tg, resistncia abraso e aderncia ao molhado.

Pesquisa Comparao entre borrachasComposio da borracha bromobutlicaComposto Bromobutil 2255 Negro de fumo N660 leo naftnico Struktol 40MS Resina fenlica cido esterico xido de zinco MBTS Enxofre Proporo (partes por cem de borracha) 100,0 60,0 8,0 7,0 4,0 1,0 1,0 1,25 0,5

Composio da borracha de nanocompsito (copolmero isobutileno-co-parametilstereno (BIMS) reforado com slica)Composto Nanocompsito Negro de fumo N660 leo naftnico Struktol 40MS Resina fenlica cido esterico xido de zinco MBTS Enxofre Proporo (partes por cem de borracha) 100,0 60,0 3,5 7,0 4,0 1,0 1,0 1,25 0,5

Propriedades das duas borrachas

Propriedade

Borracha butlica

Borracha de nanocompsito 70,3 15,79 121

Viscosidade de Mooney a 100 C Tempo de cura (min.) Coeficiente de permeao ((cm.mm)/(m.dia)) Taxa relativa (%)

65,3 10,13 198

100

61

Avaliao das borrachas

Pneu radial de caminho

Uniformidade Reteno da presso interna Durabilidade

Pneu de borracha de nanocompsito: reduo de 35% da espessura

Avaliao das borrachas Uniformidade: resultados semelhantes. Caractersticas do teste de durabilidade: 50 km/h, carga aplicada sofre um incremento de 10% a cada 8h, alm de haver tomada de temperatura na nervura central e no ombro, at que ocorresse falha. Pneu de borracha butlica: aps 47 horas houve falha; Pneu de nanocompsito: 59 horas, temperatura 13 C abaixo para o mesmo tempo. Reduo da espessura e no peso da borracha: Aumento da eficincia no processamento(menor tempo de extruso e de cura), retificando as vantagens!

A incorporao da slica, boemita e fulereno em formulaes de pneus: -permite atingir um equilbrio entre o acmulo de calor pelo pneumtico -melhora a resistncia a abraso e a trao -permite diferentes arranjos na composio, afim de melhorar alguma propriedade especifica , -Ganho geral na performance Em bandas de rodagem de SBR , a slica produz uma reduo na histerese de 8-20%, Com uma reduo de 20% na histerese, ocorre uma economia de combustvel em torno de 4%

A utilizao da slica como cargas de reforo eram pouco utilizadas na indstria de pneus. Pois se tinha uma dificuldade em dispersar as nanoparticulas de slica na matriz de borracha, resultando em: - uma baixa resistncia ao rasgo , - e pobres caractersticas de cura e processabilidade Isso ocorre devido a suas caractersticas qumicas e fsicoqumicas da superfcie as quais proporcionam uma fraca interao com o polmero e alta interao carga-carga.

Mas na dcada 90 com a introduo de pneu verde pela Michelin as particulas de slica ganharam importncia Com a adio de nanopartculas de slica aos pneus ocorre melhoras substanciais; quando comparados ao negro de fumo; -Melhora a resistncia ao rasgo, - Melhora a resistncia a abraso -Melhora a resistncia ao envelhecimento -Melhora a resistncia a trao

Para utilizao de altos teores de slica utiliza-se a modificao qumica da superfcie; tornando as nanopartculas de slica mais dispersivas e com maior interao polmero-carga. Para isso so utilizados os agentes modificadores monofuncionais ou os bifuncionais. Os monofuncionais modificam as caractersticas superficiais da carga. J os agentes de acoplamento bifuncionais reagem tambm com a borracha Sendo os agentes bifuncionais so os mais utilizados nas industrias de pneus, um agente muito utilizado o bis(trietoxisililpropil)tetrasulfeto (TESPT)

-As reaes primrias e secundrias da slica com o bis(trietoxisililpropil)tetrasulfeto (TESPT).

O enxofre presente na molcula de TESPT desempenha um papel crucial na cintica de vulcanizao, pois contribui para o aumento da densidade de reticulao do produto final

O processo de modificao da superfcie da slica partir de agentes bifuncionais (Silanos), proporciona uma interao polmero-carga mais forte, aumentando as propriedades requeridas em pneumticos.

PROCESSAMENTO

DE ELASTMEROS COM

NANOPARTCULAS DE SLICA

* A slica uma carga amplamente utilizada na indstria da borracha

* Processo sol-gel Hidrlise Condensao

PROCESSAMENTO

DE ELASTMEROS COM

NANOPARTCULAS DE SLICA

*

Sistema de baixo para cima (bottom-up)

* Estrutura hbrida orgnica-inognica com fases intimamente misturadas

PROCESSAMENTO

DE ELASTMEROS COM

NANOPARTCULAS DE SLICA

* Produo do nanocompsito in situ:

Dissoluo metal Adio componentes Ativao da reao Remoo do solvente, gua e lcool * Inchao da borracha no vulcanizada Imerso da borracha em uma soluo bsica ou cida Mistura mecnica

Interaes termodinmicas entre Carga e Polmero

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