Compostos de SBR reforçados com fibra aramida curta

Abstract

A utilização de fibras como reforço em compostos elastoméricos aumenta o potencial de uso de elastômeros em diversas aplicações (pneus, mangueiras de alta pressão, correias transportadoras). Fibras curtas de alto desempenho, como a fibra aramida, conferem rigidez e melhor comportamento elástico aos elastômeros convencionais, como, por exemplo, em borracha nitrílica e no copolímero de estireno-butadieno (SBR). Neste trabalho, foram preparados e caracterizados compostos de SBR com 1, 2, 3 e 5% (p/p) de fibra aramida curta, em comparação a um composto de SBR de referência não reforçado, com o objetivo de averiguar o efeito da fibra aramida nas propriedades do composto. Os compostos foram preparados na câmara de mistura do reômetro de torque (Haake) e laminados em cilindro de rolo aberto. A sua avaliação foi realizada através de ensaios reológicos, térmicos, físico-mecânicos, morfológicos, dinâmico-mecânicos e quanto à resistência ao ozônio. Além disso, as propriedades físico-mecânicas foram normalizadas com relação à massa específica do composto final. A metodologia de processamento adotada foi eficiente quanto à obtenção dos compostos, mas observou-se um aumento na dificuldade de laminação com o aumento do teor de fibra. Por termogravimetria, foi possível perceber coerência entre a composição teórica e a real, o que qualifica o processo de mistura. Observou-se aceleração do processo de cura, pela diminuição do tempo de pré-vulcanização e do tempo ótimo de cura dos compostos reforçados com fibra. Houve um aumento na rigidez dos compostos reforçados com fibra aramida, evidenciada no aumento da dureza. As propriedades físico-mecânicas apresentaram uma melhora significativa, observando-se maiores valores de módulo no sentido longitudinal ao de laminação e melhor resistência ao rasgo no sentido transversal ao de orientação das fibras. A incorporação de fibra aramida curta causou um aumento no fator de perda, sendo mais significativo no sentido longitudinal ao da laminação, o que demonstra uma diminuição da elasticidade. Observou-se a anisotropia dos compostos tanto pela diferença nos valores das propriedades, como pelo tipo de morfologia observada (por microscopia eletrônica de varredura) na superfície de fratura dos corpos de prova, onde se verificou pull out das fibras. Por fim, houve um ganho real nas propriedades físico-mecânicas em relação à densidade dos compostos, o que demonstra um potencial no uso destes na fabricação de mangotes para a indústria de petróleo e gás.

The use of fibers as reinforcement in elastomers increases the potential use of elastomeric compounds in many applications (tires, high-pressure hoses, conveyor belts). High performance staple fibers, such as aramid fiber, provide stiffness and better elastic behavior of conventional elastomers such as, for example, nitrile rubber and styrene-butadiene copolymer (SBR). In this study, compounds of SBR with 1, 2, 3 and 5% (w/w) of short aramid fiber (FA) have been prepared and characterized, comparatively to a non-reinforced SBR, aiming to investigate the effect of aramid fiber on the mechanic properties. The compounds were prepared in a torque rheometer (Haake) and laminated in an open roll cylinder. Rheological tests, thermogravimetric analysis, stress-strain test, physical properties, dynamic-mechanical analysis, morphology and resistance to ozone were used to evaluate the compounds SBR/FA. The physical-mechanical properties were normalized in relation to the compounds SBR/FA specific gravity. The mixing process was effective in obtaining the compounds, but the laminating process was harder as the fiber content increased. The data compositions obtained by thermogravimetry have showed consistency with the theoretical ones, which qualifies the mixing process. The aramid fiber in the SBR compounds accelerated the curing process by decreasing the scorch time and optimum cure time. There was an increase of the SBR/FA compounds stiffness, as evidenced in the rise of their hardness values. The physical-mechanical properties showed a significant improvement, observing higher modulus values in the machine direction (MD) and better tear resistance in the transversal direction (TD) to the fiber orientation in comparison to the reference compound. The incorporation of short aramid fiber caused an increase in loss factor, being more significant in the machine direction (MD), which demonstrates a decrease in elasticity. It was observed the anisotropy of the compounds by the difference in the values of properties as well as by the type of morphology observed (by SEM) in the fracture region of the specimens, which showed the effect of pull out of the fibers. Finally, there was a real gain in physical-mechanical properties in relation to the density of the compounds with aramid fiber. This fact corroborates to the promising use of these compounds in manufacturing hoses for the oil and gas industry.