Efeito do Envelhecimento, da Carga e Fator Amortecimento (tan δ) da Borracha de Polibutadieno Baixo Cis no Desgaste Abrasivo. Renata Prata Ferreira

Transcrição

1 Efeito do Envelhecimento, da Carga e Fator Amortecimento (tan δ) da Borracha de Polibutadieno Baixo Cis Renata Prata Ferreira 09/09/2015

2 Motivação Por que estudar? Envelhecimento; Carga (força); Fator de amortecimento (tan δ). Desgaste abrasivo das Borrachas Desgaste abrasivo ocorre quando material é removido ou deslocado de uma superfície por partículas duras, ou algumas vezes por protuberâncias na contra-face, forçadas e deslizadas contra a superfície HUTCHINGS (1992) 2/55

3 Motivação Ações mecânicas + intempéries Fatores que alteram as propriedades da borracha ARAÚJO (2010) 3/50

4 Motivação Perdas de propriedade Parada de produção (manutenção); Acidentes; Perda monetária. 4/55

5 Objetivo Estudar o efeito Envelhecimento termo-mecânico Carga (força) tan d Desgaste abrasivo da borracha Indicar quais destas variáveis são mais significantes para o desgaste abrasivo. 5/50

6 Tangente delta (tan δ) Viscoelasticidade COSTA ( 2007) Deformações permanentes Deformações recuperáveis E E 6/55

7 Borracha envelhecimento Envelhecimento natural; Cadeias polissulfídricas Radicais livres Mono e dissulfídricas; monossulfídrica polissulfídrica dissulfídrica MARK; ERMAN e ERICH (2005) 7/50

8 Desgaste Morfologia de abrasão Partículas duras deslizam sobre uma superfície repetidamente em um único sentido. SCHALLAMACH (1952 A) GENT (2005) 8/50

9 Variáveis de influência - Força SCHALLAMACH (1954, 1957/58, 1968); GROSCH e SCHALLAMACH (1970); GENT e PULFORD (1983); MUHR e ROBERTS (1992); FUKAHORI e colaboradores (1995, 2008, 2010). Taxa de abrasão Força normal aplicada ou pressão 9/50

10 Variáveis de influência tan d Ȧ(tan d) não há trabalho; BULGIN; HUBBARD e WALTERS (1962) 10/50

11 Variáveis de influência - Envelhecimento BARQUINS e COURTEL (1975) +rígida -adesiva -rígida +adesiva MUHR e ROBERTS (1992) Ondas de destacamento precursoras da Morfologia de abrasão BARQUINS e COURTEL (1975) abrasão Ondas abrasão 11/50

12 Materiais Amostra Vale Espectroscopia de infravermelho Base polibutadieno e traços de isopreno Corpos de prova Amostras; Envelhecimento termomecânico (metade); Ensaio para obtenção de propriedades (incluindo abrasão DIN). 12/50

13 Vulcanização Eficiente: Ac>S Materiais PIRELLI PNEUS (2013) Materiais Componentes Descrição Densidade [g/cm 3 ] Tan d baixo Tan d alto Elastômero base polibutadieno baixo cis 0,91 100,00 100,00 Ativadores ácido esteárico 0,85 1,50 1,50 Agente de processo óxido de zinco 5,55 1,00 1,00 sabão de zinco 1,07 2,00 2,00 Antiozonante cera microcristalina 0,92 1,00 1,00 Antioxidante 6PPD 1,00 2,00 2,00 TMQ 1,08 1,00 1,00 Carga negra N234 1,80 55,00 55,00 óleo naftênico 0,94 12,00 0,00 Agente de processo resina cumarona-indeno 1,13 0,00 12,00 Acelerante DPG 1,20 0,64 0,64 CBS 1,30 2,10 2,10 Agente de vulcanização enxofre 2,00 1,20 1,20 Tan d (40 C 10Hz 14,5% ± 5%) 0,213 ± 0,004 0,260 ± 0,004 13/50

14 Ensaios Env. Termomecânico Flexão de Goodrich ASTM D 623 (2007) 14/50

15 Ensaios Env. térmico Flexão de Goodrich ASTM D 623 (2007) Altura CP [mm] 25 Diâmetro CP [mm] 17,8 Força [N] 245 Frequência compressão [Hz] 30 Amplitude flexão [mm] 4,30 Temperatura ensaio [ C] 100 Tempo ensaio [min] 25 Após ensaio amostras foram refrigeradas à 5,5 ºC. 15/50

16 Planejamento de experimento Planejamento fatorial completo em dois níveis (DOE 2 K ) aleatorizado; Indica as tendências principais de cada termo individualmente e associados para saber se uma variável tem ou não influência; Número de ensaios: 2 K K=3 2³=8 8*3=24 16/50

17 Planejamento de experimento Matriz de ensaio - + Tangente delta 0,213 0,260 Envelhecimento termomecânico nova velha Força [N] Valores codificados: -1 a +1 Tandel (A) Idade (B) Força (C ) AB AC BC ABC Estimativa dos efeitos 2*erro padrão 17/50

18 Análise teórica 18/50

19 Ensaios Desgaste abrasivo Roda de borracha ASTM G 65 (2000) modificada. ASTM G 65 (2000) ASTM G 65 Corpo metálico Areia Ottawa Areia sempre renovada Retângulo 25 x 76 x 3,2 a 12,7 mm (largura x altura x espessura) Ensaio realizado Corpo de borracha IPT (50 mesh) Areia reciclada Secção transversal 25 x 17,8 mm (altura x diâmetro) 19/50

20 Ensaios Procedimentos CP Foto Roda fhhfvkldjv Mecânica + Água Roda 8 vezes 20/50

21 Ensaios Preliminares Para que se fazer ensaio preliminar? 2 níveis de força; Tempo de ensaio. Dados: CP não envelhecido (CP único, mas com preparação inicial de superfície); Baixo valor de tan d; Velocidade de rotação 196 rpm (150 rpm); Cargas 9; 15; 33; 60; 70; e 80 N. Ensaios finais 21/50

22 Resultados e conclusões dos ensaios preliminares Comprimento de onda 22/50

23 Resultados e conclusões dos ensaios preliminares Comprimento de onda Força aplicada 23/50

24 Resultados e conclusões dos ensaios preliminares Perda de massa X tempo Retas 9 N 15 N 33 N 60 N 70 N 80 N 24/50

25 Resultados e conclusões dos ensaios preliminares Equação de taxa de abrasão Carga [N] Coef. angular da reta [g/min] Coef. linear [g] Lei exponencial válida Coeficiente de determinação (R²) 80-0,0026 3,3932 0, ,0001 4,0485 0,9982 W A 80 0, ,0001 α 3E-6 φ 1,6 Ensaio final 15 e 70 N 25/50

26 Resultados finais Caso geral 26/50

27 Resultados finais Borracha nova 27/50

28 Resultados finais Borracha envelhecida 28/50

29 Conclusões Todos fatores importantes no caso geral; Força fator mais importante (> que 2x outros); Borracha nova tan δ sem significância; Taxa de desgaste exponencial com força (literatura); Força aplicada, relação linear. 29/55

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