Vulcanização e reforço são fatores importantes que contribuem para as propriedades da borracha natural (NR). Uma formulação denominada NR4010 foi vulcanizada em prensa e autoclave, com o objetivo de avaliar a influência do método de vulcanização na formação das ligações cruzadas e, consequentemente, nas propriedades mecânicas do material. Amostras do material vulcanizado, pelos dois métodos, foram caracterizadas por meio de análise reométrica, ensaio de inchamento e testes mecânicos, onde foi avaliada a resistência ao rasgo e à tração. Os resultados mostraram que para essa formulação, nas mesmas condições de temperatura, o método de vulcanização por autoclave mostrou-se mais eficiente em relação às propriedades estudadas. As amostras vulcanizadas em autoclave apresentaram um maior número de ligações polissulfídicas e densidade de ligações cruzadas, consequentemente, maior resistência ao rasgo e à tração. A influência do negro de fumo (NF) nas propriedades da NR foi estudada em formulações com teores de NF variando de 0 a 40 phr (parts per hundred of rubber). A densidade de ligações cruzadas, as resistências ao rasgo e à tração sob alongamento aumentaram com o aumento no teor de NF até 30 phr. O aumento nos teores de NF também causou aumento nos valores do módulo de armazenamento em toda faixa de temperatura estudada. A temperatura de transição vítrea aumentou nas formulações contendo até 30 phr, tendo seu valor máximo na formulação contendo 10 phr, sugerindo que houve melhor incorporação e dispersão do negro de fumo nesse teor.

Entre suas inúmeras aplicações, os elastômeros são utilizados no setor espacial como proteção-térmica de motor-foguete, protegendo-o das altas temperaturas e pressões resultantes da combustão do propelente. Para isto, o elastômero deve apresentar boas propriedades mecânicas, térmicas, ablativas e adesivas, a fim de suportar difíceis situações resultantes do transporte, estoque e voo. O elastômero de etileno-propileno-dieno-monômero, EPDM, caracteriza-se por sua alta resistência à oxidação e intempéries, baixa densidade, excelentes propriedades a baixas temperaturas e baixa energia de superfície e, assim, sua aplicação como revestimento interno de motor-foguete vem sendo estudada com o intuito de substituir as proteções-térmicas à base de borracha nitrílica, utilizada atualmente. Neste trabalho, é proposto o desenvolvimento de formulações à base de EPDM, com propriedades mecânicas, térmicas e físico-químicas para uso como proteção-térmica de motor-foguete. Os materiais propostos para estudo e que devem atender aos requisitos necessários, tem como características: ser à base de borrachas de EPDM; não conter plastificante; ser vulcanizado com peróxido e ter como cargas, sílica e a aramida Technora . Apesar de certa dificuldade para incorporação de cargas às formulações, a proposta do trabalho foi alcançada, de forma que foi desenvolvido um elastômero, extremamente carregado, com as características propostas, processável e com propriedades adequadas para uso como proteção-térmica à motor-foguete.

O objetivo deste trabalho foi verificar a viabilidade técnica e ambiental da incorporação de resíduos elastoméricos vulcanizados de SBR (copolímero de butadieno e estireno) em uma formulação base de idêntica composição, visando o desenvolvimento de artefatos com aplicação tecnológica. Os resíduos, caracterizados por aparas de perfis expandidos, foram coletados e moídos através de moagem mecânica à temperatura ambiente. O pó obtido, denominado SBR-r, foi caracterizado quanto a suas propriedades físicas, térmicas e químicas. Nove compósitos com diferentes teores de SBR-r, variando de 10 a 90 phr (partes por cem de borracha), foram desenvolvidos. Para efeito comparativo, foi preparada e analisada uma amostra controle sem a adição de resíduos (formulação base com 0 phr). Os compósitos obtidos foram caracterizados quanto a suas características térmicas, reométricas, físicas, mecânicas, dinâmico-mecânicas e químicas, antes e após o envelhecimento acelerado em estufa. O desempenho ambiental do processo de recuperação de resíduos foi analisado através da técnica de Avaliação do Ciclo de Vida. Os resultados indicaram que o pó obtido possui distribuição de tamanho de partículas na faixa ideal para incorporação em novas formulações. As características térmicas das misturas sugeriram o aparecimento de ligações cruzadas na interface partícula-matriz, enquanto que as propriedades reométricas não foram significativamente alteradas pela presença de resíduos. As propriedades mecânicas, tais como tensão e alongamento na ruptura e resistência ao rasgamento indicaram que é possível incorporar até 50 phr de SBR-r sem afetar adversamente estas propriedades. As propriedades dinâmico-mecânicas e as micrografias dos compósitos corroboraram os resultados das propriedades mecânicas, indicando a homogeneidade dos compósitos e a boa adesão entre os resíduos e a matriz elastomérica até este teor. Quando submetidos ao envelhecimento, todos os compósitos apresentaram uma perda de propriedades, em função do aumento da rigidez molecular provocado pelo aumento da densidade de ligações cruzadas. A avaliação do desempenho ambiental do processo proposto indicou uma redução dos impactos ambientais totais, comparativamente ao processo produtivo convencional, principalmente em função da redução do consumo de matérias-primas provenientes de recursos não-renováveis. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-22T19:12:52Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Larissa Nardini Carli.pdf: 19470669 bytes, checksum: 71bafbe031af795b0d0eab7f97332ca0 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-22T19:12:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Larissa Nardini Carli.pdf: 19470669 bytes, checksum: 71bafbe031af795b0d0eab7f97332ca0 (MD5) / The aim of this study was to incorporate styrene-butadiene rubber (SBR) industrial scraps into a base formulation of identical composition used in the fabrication process of extruded profiles. Technical and environmental performance of the developed composites was evaluated. The scraps were collected and ground under ambient conditions. The powder obtained, SBR-r, was physically, thermally and chemically characterized. Nine composites with different proportions, varying from 10 to 90 phr (parts for hundred of rubber) of SBR-r were prepared and the results were compared with the control sample (base formulation with 0 phr of SBR-r). Thermal, rheometric, physical, mechanical, dynamic-mechanical and chemical properties of the SBR-r composites were evaluated before and after accelerated ageing. The environmental performance of the recycling process was determined by Life Cycle Assessment (LCA). The results indicated that the powder obtained was suitable for incorporation in new formulations. The thermal analysis of the compounds suggested that an interfacial particle-matrix interaction occurred. Rheometric properties were not significantly affected with the addition of SBR-r. The mechanical properties, such as tensile and tear strength, showed that up to 50 phr of SBR-r can be added without adversely affecting these properties. Dynamic-mechanical properties and the micrographs corroborated the mechanical results, indicating the homogeneity and a good adhesion between the scraps and the elastomeric matrix. The ageing effect led to a decrease in the mechanical properties, as a result of the increase in the stiffness of the material, related to the increase in the crosslink density. LCA results indicated a reduction in the life cycle impacts of the fabrication process with the recycling of scrap rubber, mainly due to the decrease in the consumption of raw materials from non-renewable resources.

O objetivo deste trabalho foi verificar a viabilidade técnica e ambiental da incorporação de resíduos elastoméricos vulcanizados de SBR (copolímero de butadieno e estireno) em uma formulação base de idêntica composição, visando o desenvolvimento de artefatos com aplicação tecnológica. Os resíduos, caracterizados por aparas de perfis expandidos, foram coletados e moídos através de moagem mecânica à temperatura ambiente. O pó obtido, denominado SBR-r, foi caracterizado quanto a suas propriedades físicas, térmicas e químicas. Nove compósitos com diferentes teores de SBR-r, variando de 10 a 90 phr (partes por cem de borracha), foram desenvolvidos. Para efeito comparativo, foi preparada e analisada uma amostra controle sem a adição de resíduos (formulação base com 0 phr). Os compósitos obtidos foram caracterizados quanto a suas características térmicas, reométricas, físicas, mecânicas, dinâmico-mecânicas e químicas, antes e após o envelhecimento acelerado em estufa. O desempenho ambiental do processo de recuperação de resíduos foi analisado através da técnica de Avaliação do Ciclo de Vida. Os resultados indicaram que o pó obtido possui distribuição de tamanho de partículas na faixa ideal para incorporação em novas formulações. As características térmicas das misturas sugeriram o aparecimento de ligações cruzadas na interface partícula-matriz, enquanto que as propriedades reométricas não foram significativamente alteradas pela presença de resíduos. As propriedades mecânicas, tais como tensão e alongamento na ruptura e resistência ao rasgamento indicaram que é possível incorporar até 50 phr de SBR-r sem afetar adversamente estas propriedades. As propriedades dinâmico-mecânicas e as micrografias dos compósitos corroboraram os resultados das propriedades mecânicas, indicando a homogeneidade dos compósitos e a boa adesão entre os resíduos e a matriz elastomérica até este teor. Quando submetidos ao envelhecimento, todos os compósitos apresentaram uma perda de propriedades, em função do aumento da rigidez molecular provocado pelo aumento da densidade de ligações cruzadas. A avaliação do desempenho ambiental do processo proposto indicou uma redução dos impactos ambientais totais, comparativamente ao processo produtivo convencional, principalmente em função da redução do consumo de matérias-primas provenientes de recursos não-renováveis. / The aim of this study was to incorporate styrene-butadiene rubber (SBR) industrial scraps into a base formulation of identical composition used in the fabrication process of extruded profiles. Technical and environmental performance of the developed composites was evaluated. The scraps were collected and ground under ambient conditions. The powder obtained, SBR-r, was physically, thermally and chemically characterized. Nine composites with different proportions, varying from 10 to 90 phr (parts for hundred of rubber) of SBR-r were prepared and the results were compared with the control sample (base formulation with 0 phr of SBR-r). Thermal, rheometric, physical, mechanical, dynamic-mechanical and chemical properties of the SBR-r composites were evaluated before and after accelerated ageing. The environmental performance of the recycling process was determined by Life Cycle Assessment (LCA). The results indicated that the powder obtained was suitable for incorporation in new formulations. The thermal analysis of the compounds suggested that an interfacial particle-matrix interaction occurred. Rheometric properties were not significantly affected with the addition of SBR-r. The mechanical properties, such as tensile and tear strength, showed that up to 50 phr of SBR-r can be added without adversely affecting these properties. Dynamic-mechanical properties and the micrographs corroborated the mechanical results, indicating the homogeneity and a good adhesion between the scraps and the elastomeric matrix. The ageing effect led to a decrease in the mechanical properties, as a result of the increase in the stiffness of the material, related to the increase in the crosslink density. LCA results indicated a reduction in the life cycle impacts of the fabrication process with the recycling of scrap rubber, mainly due to the decrease in the consumption of raw materials from non-renewable resources.

A aplicação de materiais poliméricos na indústria aeroespacial tem destacada relevância, principalmente as borrachas altamente carregadas que podem ser usadas como proteções térmicas de câmaras propulsoras de mísseis e foguetes a propelente sólido. Entretanto, um desafio tecnológico para sua aplicação que ainda persiste, é a adesão satisfatória entre a borracha e os materiais poliméricos usados como adesivos (liner de poliuretano) ou propelentes sólidos (combustíveis de foguetes). A escolha da borracha vulcanizada a base de etileno-propileno-dieno monômero (EPDM) se deve à capacidade de incorporar elevada quantidade de cargas ablativas associadas a boas propriedades mecânicas e de processamento, além de queimar liberando produtos de natureza atóxica, o que viabiliza sua aplicação em sistemas bélicos e espaciais. Por outro lado, sua natureza apolar não permite obter bom nível de adesão entre ao liner ou ao propelente sólido, ambos a base de poliuretano (PU). A fim de resolver esse problema, o tratamento por plasma frio é considerado um processo muito atrativo para melhorar esta adesão, por ser um processo rápido de ativação da superfície, eficiente e ecologicamente sustentável. Neste trabalho, o processo de ativação da superfície do EPDM é realizado em um reator tipo RIE (reactive íon etching) operando a 13,56 MHz com gás de N2, Ar e misturas N2/Ar e N2/H2/Ar, em diferentes condições de pressão, potência de RF (rádio frequência), tempo de exposição, fluxo e composição da entrada de gás (proporção entre N2 e Ar e proporção entre N2, H2 e Ar). Para investigar a influência dos parâmetros na modificação da superfície da borracha, as amostras foram analisadas por técnicas de Goniometria, Microscopia de Força Atômica (AFM), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia Foto-eletrônica de Raios-x (XPS), Teste de Tração Normal, Análises Térmicas e Análise das Propriedades Mecânicas. Os resultados mostram que o processo assistido à plasma favorece a formação de novos grupos funcionais polares que aumentam a energia e diminuir a rugosidade da superfície, realçando as características adesivas da borracha. Conclui-se que o tratamento da borracha vulcanizada EPDM com plasma de N2/Ar e N2/H2/Ar tende a ser um processo promissor e alternativo no tratamento de superfícies para ampliação da adesividade deste material e substituição da borracha nitrílica vulcanizada (NBR) em consideradas aplicações. Esse efeito é produzido como resultado de múltiplas ações superficiais que o plasma produz (homogeneização e diminuição da rugosidade, ativação superficial e limpeza de superfície).

A utilização de borracha na indústria aeroespacial é referida principalmente como proteção térmica para mísseis e motores foguete, porém, o desafio tecnológico que ainda persiste, é obter níveis de adesão satisfatórios aos materiais poliméricos usados como adesivos ou combustíveis sólidos. Atualmente a borracha mais usada para este fim, no programa espacial brasileiro, é a borracha nitrílica (NBR). Neste trabalho, optou-se por se trabalhar com a borracha de etileno-propileno-dieno-monomero (EPDM), por apresentar inúmeras vantagens sobre a NBR. O EPDM sendo mais leve, não produzindo NOx durante a queima do combustível sólido e possuindo custo menor, em relação ao NBR, torna-se atrativo nestas aplicações, porém, sua capacidade adesiva ao propelente sólido é inferior ao obtido pela borracha NBR. Entre as maneiras existentes para se resolver este problema, destaca-se a tecnologia de plasmas por possibilitar a modificação da superfície dos polímeros sem alterar suas propriedades de volume. Neste trabalho foram utilizados plasmas de micro-ondas (2,45GHz) para o tratamento superficial da borracha EPDM, modificando os parâmetros do sistema - pressão interna, fluxo e proporção dos gases H2, N2 e Ar e tempo de tratamento. Os processos a plasma de N2 foram realizados com fluxo de 5 sccm e pressão de 150 mTorr (20 Pa), variando-se o tempo de tratamento de 10 a 300 segundos, com o intuito de verificar o tempo ótimo no qual as propriedades de superfície eram maximizadas. Para os processos a plasma das misturas N2/Ar, variaram-se os fluxos totais de gases, de 25 a 100 sccm, e as proporções dos gases nas misturas, em 2:1, 1:1 e 1:2, a uma pressão de 250 mTorr e tempo de 120 segundos. Por fim, os processos a plasma de misturas de H2/N2/Ar, dotou-se das condições otimizadas nos processos com N2 e N2/Ar variando-se a concentração de hidrogênio de 33 a 90 % na mistura com o N2/Ar (1:1) a 50 sccm de fluxo total. Os parâmetros da descarga foram otimizados quanto às características de molhabilidade da superfície da borracha EPDM com o auxílio da técnica de goniometria. A microscopia de força atômica (AFM) e a espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios-X (XPS) foram utilizadas para dar embasamento aos resultados nos tratamentos a plasma.

A superfície das amostras de etileno-propileno-dieno monômero (EPDM), Nordel IP 3430 e Nordel IP 4520, vulcanizadas, foram modificadas via plasma excitado por micro-ondas, com gases Ar, N2, Ar/O2, N2/O2 e N2/H2 e N2/H2/Ar, tendo como objetivo melhorar as propriedades adesivas da superfície da borracha. As técnicas FT-IR de reflexão UATR e MIC, com objetiva ATR, e detecção fotoacústica (PAS) foram utilizadas para avaliar os graus de profundidades diferentes de amostragem, para a caracterização das borrachas após tratamentos por plasma, principalmente, pelas diferentes permeabilidades dos gases (oxigênio e nitrogênio) escolhidos para formar as misturas gasosas, e a mais indicada para este fim, foi a técnica UATR, pois apresentou menor interferência dos componentes da formulação da borracha, detectando alterações espectrométricas, provenientes da formação de grupos polares. Análises por XPS das borrachas Nordel IP 3430 e 4520 foram realizadas, antes e após tratamento, a fim de validar os resultados obtidos por FT-IR e houve aumento na porcentagem atômica de oxigênio e nitrogênio na superfície após os tratamentos por plasma de Ar/O2 e N2/H2, confirmando assim os resultados obtidos por FT-IR. Redução nos valores do ângulo de contato, aumento nos valores de trabalho de adesão e de ensaio de resistência ao descascamento da junta adesiva (EPDM/Adesivo de PU/PVC) foram observados. Estes resultados foram atribuídos à melhora nas propriedades adesivas da superfície tratada. Foi observado que, a borracha Nordel IP 4520 é a mais indicada para utilização após tratamento por plasma, pois apresentou boa estabilidade ao envelhecimento, avaliada por meio das medidas de ângulo de contato, com os tratamentos por plasma de Ar/O2, N2/H2 e N2/H2/Ar. Para o Nordel IP 3430, o melhor resultado foi encontrado para o tratamento com Ar/O2. Falhas de adesão foram observadas entre a interface do filme de adesivo de PU e da borracha de EPDM (Nordel IP 3430), sendo confirmadas por FT-IR/UATR, constituindo uma contribuição da análise FT-IR ao estudo da interface estudada.

Na produção de materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE), a escolha da matriz que será dopada com materiais dielétricos ou magnéticos é muito importante. Uma das candidatas para a aplicação de uso aeronáutico é a matriz de borracha de terpolímero de etileno-propileno-monômero (EPDM). Assim, o presente trabalho tem como objetivo caracterizar termicamente (por termogravimetria e análise dinâmico-mecânica) o EPDM dopado com 50% de ferrocarbonila (EPDM/FeC) submetido nas condições ambiente, envelhecimento acelerado em estufa, câmara de radiação ultravioleta (UV) e imersão em óleo combustível aeronáutico. Para isto foram realizadas análises de termogravimetria em diferentes taxas de aquecimento com o intuito de estudar a cinética de degradação via Ozawa do EPDM/FeC. Além disso, curvas de DMA (análise dinâmico-mecânica), foram realizadas para caracterizar a temperatura de transição vítrea (Tg) e a influência dos condicionamentos nesta transição, bem como a elaboração de curvas mestre a partir do princípio da superposição tempo-temperatura (TTS). Os resultados mostram que os condicionamentos não afetaram a temperatura de degradação e a temperatura de transição vítrea do EPDM/FeC50.