Efeito do tratamento de superfície de microesferas de vidro ocas e do processamento no desempenho de compostos de base NR

Abstract

A redução de densidade de peças técnicas elastoméricas é um tema que vem ganhando cada vez mais importância no setor industrial. Neste contexto, sabe-se que determinadas cargas, tradicionalmente empregadas em compostos de borracha, possibilitam redução de custo, porém, em contrapartida, aumentam significativamente a densidade do material. Microesferas de vidro ocas (MEVOs) são apresentadas como uma alternativa para a redução de densidade em materiais termoplásticos, porém os impactos de sua aplicação em materiais elastoméricos ainda são pouco conhecidos. O presente estudo tem por objetivo avaliar a aplicação de MEVOs em um composto de borracha híbrido de base cis1,3poliisopreno denominado borracha natural (NR), usualmente aplicado na produção de coxins automotivos para carros de passeio e peças técnicas de borracha, com o objetivo de reduzir a densidade do material. O estudo foi realizado comparando uma formulação de composto de borracha em sua forma tradicional (sem MEVOs) com duas formulações híbridas modificadas com MEVOs (VS5500 ou IM16K). Organossilano Si69 foi utilizado por adição direta durante o processamento (adição in situ) ou utilizado no pré-tratamento da superfície das MEVOs. A produção dos compostos foi realizada por dois métodos distintos, utilizado um reômetro de torque com uma câmara de mistura Haake (misturador fechado) ou um misturador tipo cilindro (misturador aberto). Para avaliação do impacto da aplicação das MEVOs nos compostos de borracha, foram realizados ensaios em corpos de prova para determinação das propriedades reológicas, físicas, mecânicas e dinâmicas. Nos compostos preparados em misturador fechado, houve uma alta incidência de quebra das MEVOs, não atingindo a redução de densidade esperada, o que pode ser contornado nos compostos preparados em misturador aberto. Em ambas as condições de preparação, as propriedades de dureza, módulos sob tração até deformações de 300% e alongamento na ruptura se mantiveram próximos aos valores de referência. Tensão de ruptura sob tração e resistência ao rasgo foram significativamente reduzidos. Propriedades reológicas e dinâmicas também foram impactadas de forma significativa. Por último, o uso de organossilano Si69 no pré-tratamento das microesferas se monstrou mais eficiente que quando aplicado in situ.

The reduction in density of elastomeric technical parts is receiving increasing importance from the industrial sector. In this context, it is known that determined fillers traditionally used in rubber compounds allow cost reduction, although they significantly increase density of the material. Hollow glass microspheres (MEVOs) are an alternative for the reduction in density of thermoplastic materials, but the impact of their application on elastomeric materials is little known. The present study aims at evaluating the effect of the addition of MEVOs to cis-1,3-polyisoprene (natural rubber) hybrid based rubber compounds usually applied in the production of automotive cushions for passenger cars and technical elastomeric parts. The study was carried out by comparing a traditional rubber compound formulation (without MEVO) with two hybrids formulations modified with MEVO (VS5500 or IM16K). Si69 organosilane was either added during processing (in situ addition) or used for the surface pretreatment of MEVO. Preparation of the compounds was performed by two methods, using a torque rheometer with a mixing chamber Haake (closed mixer) or a cylinder mixer (open mixer). To evaluate the impact of the application of MEVOs on the rubber compounds, rheological, physical, mechanical and dynamic tests were carried out. In the compounds prepared in a closed mixer, a great incidence of MEVOs breakage was observed, with a detrimental effect on the expected density reduction, but this was overcome with the use of the open mixer to prepare the compounds. In both preparation conditions, the properties of hardness, tensile moduli at deformations up to 300% and elongation at rupture were close to the reference values, whereas tensile and tear strengths were significantly reduced. Rheological and dynamic properties were also significantly impacted. Lastly, the Si69 organosilane pretreatment of microspheres was more efficient than when applied in situ.