Influência do polímero sobre as propriedades finais do produto

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André Marques
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1 Influência do polímero sobre as propriedades finais do produto Prof. Dr. Claus Wrana Líder da divisão de teste de polímeros da unidade de negócios Technical Rubber Products da LANXESS Rio de Janeiro, 18 de outubro de 2012

2 Visão geral Polímeros para aplicações em correia dentada Motivação Requisitos para polímeros e compostos Cargas sob medida para melhoria de propriedades - Processamento - Propriedades finais Therban AT para processamento e propriedades superiores - Processamento - Propriedades finais Conclusão

Motivação Correias dentadas em motores Espec. de uma correia dentada "moderna" Vida útil de até 250.

3 Motivação Correias dentadas em motores Espec. de uma correia dentada "moderna" Vida útil de até km em temperaturas de até 130ºC Motor TDI AUDI Correntes metálicas em motores TDI falham após horas Polímero Bom comportamento de envelhecimento Duplas ligações na cadeia principal Boa resistência ao óleo Polaridade Composto/ Vulcanizado Bom desempenho no processamento Baixa viscosidade do composto Alto módulo de vulcanização Interações fortes entre as cargas e o polímero

4 Motivação Polímeros para aplicações em correia dentada NBR Poli(acrilonitrila-butadieno) Funcionalização XNBR CH CH 2 C N Resistência ao óleo CH 2 CH CH CH 2 CH CH 2 a b c CH CH 2 Carboxilação - Comportamento de envelhecimento HNBR Poli(acrilonitrila-butadieno) hidrogenado N Hidrogenação CH CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 a b c C CH 2 CH 3 Funcionalização Carboxilação Resistência ao óleo Comportamento de envelhecimento CH CH 2 C OH O HXNBR CH CH 2 C OH O d d

5 Motivação Compostos para aplicações em correia dentada Polímeros HNBR Therban Reticuladores Peróxidos Ligações C-C Enxofre Ligações C-S X -C Cargas Negro de fumo Sílica Sílica com Silano Diacrilato de zinco 34% em peso de ACN provê um bom balanco entre o comportamento a baixa temperatura e a resistência ao óleo Em altas temperaturas, ligações C-C são mais estáveis do que ligações C-S X -C? Interações carga-carga e carga-polímero determinam as propriedades, dinâmico- e suas dependências em relação à temperatura

6 Desempenho de processamento (ex: extrusão) Viscosidade Durante a extrusão, os compostos não vulcanizados sofrem grandes deformações a altas temperaturas Bom desempenho no processamento se a viscosidade do composto for baixa nas taxas de cisalhamento relevantes T = 60ºC HNBR 60phr N330 (negro de fumo) 60% 25% Melhora no processamento HNBR sem cargas Processo de extrusão Taxa de cisalhamento

7 Conclusão processamento A viscosidade do composto é determinada pela viscosidade do polímero e pelas cargas reforcantes Variação da viscosidade do composto Cargas Polímero Variação de reforço Por variação de Tipo Quantidade das cargas? Influência sobre as propriedades finais do vulcanizado Objetivo Melhoria no processamento sem perda de propriedades finais

8 Interação carga-carga e carga-polímero Negro de fumo Sílica Silano ZDA Therban XT Interação física entre carga e polímero (Van Der Waals) Propriedades Vida útil Processamento Abrasão Dissipação de energia Temperatura Adesão Interação química entre carga e polímero (ligação covalente) Dissipação de energia Temperatura Propriedades Processamento Vida útil Abrasão O O H 2 O CH 2 O O Antes da vulcanizacao age como um plastificante liquido

9 XHNBR ZDA desempenho de processamento Viscosidade Durante a extrusão, os compostos não vulcanizados sofrem deformações significantes a altas temperaturas HNBR 60phr N330 (carbon black) Processo Extrusion de process extrusão Bom desempenho no processamento se a viscosidade do composto for baixa nas taxas de cisalhamento relevantes T = 60ºC HNBR sem cargas XHNBR 60 phr ZDA Melhora no processamento Conclusão Taxa de cisalhamento Viscosidade do XHNBR ZDA inferior à viscosidade do HNBR standard: desempenho de processamento superior

10 Interação carga-carga e carga-polímero Negro de fumo Sílica Silano ZDA Therban XT O O H 2 O CH 2 O O Antes da vulcanizacao age como um plastificante liquido Reticulação peroxídica causa polimerização de diacrilato de zinco Interação física entre carga e polímero (Van Der Waals) Propriedades Vida útil Processamento Abrasão Dissipação de energia Temperatura Adesão Interação química entre carga e polímero (ligação covalente) Dissipação de energia Temperatura Propriedades Processamento Vida útil Abrasão Carga termoplástica com interação iônica Interação iônica entre cargas e polímero

11 Propriedades finais Abrasão Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Vida útil HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano Dissipação de energia ca. de km Processamento melhores piores Propriedades

12 Propriedades finais Abrasão Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Vida útil HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano ca. de km Dissipação de energia Processamento melhores piores Propriedades

13 Propriedades finais Abrasão Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Vida útil ca. de km ca. de km HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano XHNBR ZDA Dissipação de energia Processamento melhores piores Propriedades

14 Propriedades finais Abrasão Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Vida útil ca. de km ca. de km HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano XHNBR ZDA Dissipação de energia Processamento melhores piores Propriedades

15 Interação carga-carga e carga-polímero Negro de fumo Interação física entre carga e polímero (Van Der Waals) Propriedades Vida útil Processamento Abrasão Dissipação de energia Temperatura Adesão Sílica Silano Interação química entre carga e polímero (ligação covalente) Dissipação de energia Temperatura Propriedades Processamento Vida útil Abrasão H 2 O CH 2 O O ZDA Therban XT O O Antes da vulcanizacao age como um plastificante liquido Reticulação peroxídica causa polimerização do diacrilato de zinco Carga termoplástica com interação iônica Interação iônica entre cargas e polímero Dissipação de energia Processamento Temperatura Propriedades Vida útil Abrasão

16 Conclusão processamento A viscosidade do composto é determinada pela viscosidade do polímero e pelas cargas reforcantes Variação da viscosidade do composto Cargas Variação de reforço Com uso de ZDA Therban XT Influência sobre as propriedades finais do vulcanizado? Polímero Variação da viscosidade do polímero Por variação da Massa molar Objetivo Melhoria do desempenho de processamento sem perder propriedades finais

17 Viscosidade Conclusão processamento Redução da massa molar via metátese de olefinas Prêmio Nobel de Química 2005 por Robert H. Grubbs, Richard R. Schrock, Yves Chauvn Therban 3406 ML (14)100ºC 63 De Gennes 1 Therban 3404 ML (14)100ºC 39 x1.6 Therban phr N330 x1.25 Therban 3400 ML (14)100ºC < 2 x8 x7 x30 x200 Extrusão Taxa de cisalhamento 1) Prêmio Nobel de Física 1991

18 Propriedades finais Abrasão Dissipação de energia Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Vida útil ca. de km ca. de km Processamento HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano XHNBR ZDA XHNBR Therban AT ZDA melhores piores Propriedades

19 Propriedades finais Abrasão Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Vida útil ca. de km ca. de km HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano XHNBR ZDA XHNBR Therban AT ZDA Problema Dissipação de energia Processamento Diminuição da massa molar maior número de extremidades de cadeias suspensas P. Flory 1 melhores piores Propriedades Redução de ligações cruzadas mecanicamente eficazes 1) Prêmio Nobel de Química 1974

20 Propriedades finais Densidade de reticulação 1 Propriedades finais de uma correia dentada Therban 3406 ML (14)100ºC 63 densidade de reticulacao constante 1.6phr Therban 3404 ML (14)100ºC 39 Quantidade de peroxido 2 3.5phr Diminuição da massa molar aumento do número de extremidades de cadeias suspensas Redução de ligações cruzadas mecanicamente eficazes Compensação de massa molar reduzida por aumento da quantidade de peróxido 1) Número de ligações cruzadas por 1000 átomos de carbono da cadeia principal 2) Número de Bis(tert-butilperoxiisopropii)benzeno por 1000 átomos de carbono da cadeia principal

21 Propriedades finais Abrasão Dissipação de energia Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Vida útil ca. de km ca. de km Processamento HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano XHNBR ZDA XHNBR Therban AT ZDA HNBR Therban AT ZDA densidade de reticulação adaptada melhores Propriedades piores

22 Propriedades finais Abrasão Dissipação de energia melhores piores Propriedades finais de uma correia dentada Adesão Propriedades Vida útil ca. de km ca. de km Processamento HNBR padrão Negro de fumo HNBR padrão Sílica Silano XHNBR ZDA XHNBR Therban AT ZDA HNBR Therban AT ZDA densidade de reticulação adaptada Desempenho de processamento superior e produtos finais melhores

23 Conclusão Por que precisamos de produtos especiais como HNBR ou XHNBR liquidos? Consumo de energia durante a produção Consumo de energia durante a vida Padrão (HNBR Negro de fumo) Formulação otimizada Processamento superior Padrão (HNBR Negro de fumo) Formulação otimizada Vida útil mais longa Baixa dissipação de energia Green² Belt Uma otimização especifica é baseada no entendimento fundamental do polímero, suas cadeias moleculares e interação com as cargas

24 24 Title of presentation Speaker Place, date [ OPTIONAL ]

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