CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E MORFOLÓGICA DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO E ESFERA OCA DE VIDRO

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1 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA E MORFOLÓGICA DE COMPÓSITOS DE POLIPROPILENO E ESFERA OCA DE VIDRO Moitinho, A.B.S 1 ; Cosme, A. M 1. ; Barbosa, J. D. V. 1 Azevedo J. B. 1 ; Pisanu L. 1 Av. Orlando Gomes, 1845 Piatã - CEP Salvador, BA. josiane.dantas@fieb.org.br 1 Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC RESUMO O polipropileno (PP) é um termoplástico bastante utilizado na indústria de transformação, em virtude da sua versatilidade, baixo custo, e fácil processabilidade. No entanto, é bastante comum a utilização de cargas minerais com objetivo de melhorar suas características mecânicas, térmicas e de produtividade. A baixa temperatura de transição vítrea é uma das desvantagens no desempenho do PP, assim como, a pouca resistência ao impacto. A literatura mostra inúmeras pesquisas desenvolvidas com o intuito de estudar a otimização de suas propriedades e sua processabilidade. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de compósitos com matriz de (PP) e microesfera oca de vidro (Glass Bublle) como reforço, e o anidrido maleico como agente compatibilizante. Inicialmente as misturas foram preparadas em uma extrusora de dupla rosca co-rotante utilizando o mesmo perfil de temperatura para todas as formulações estudadas. Após a extrusão das misturas foram injetados corpos de prova conforme as normas ISO 527 para ensaio de tração e ISO 180 para ensaio de impacto, e avaliados as suas propriedades mecânicas. Após os teste mecânicos, foram realizados analises das superfícies de fratura por microscopia eletrônica. Os resultados preliminares mostraram que a adição da esfera oca de vidro como reforço e o anidrido maleico como agente compatibilizante provocaram modificações em suas propriedades, e que o processo de extrusão não provocou quebra das esferas ocas. Pretende-se realizar outras análises para comparar as propriedades mecânicas com a morfologia obtida no compósito final. Palavras- Chaves: Polipropileno (PP); microesfera de oca de vidro (Glass Bublle) e compatibilizante. 6871

2 INTRODUÇÃO As exigências do mercado em busca de produtos de alta qualidade e baixo custo tem motivado as indústrias e as universidades a buscarem soluções tecnológicas para seus produtos ou processos. Em se tratando das indústrias de transformação de plástico este espaço tem sido cada vez mais crescente e desafiador. Por este motivo, o desenvolvimento de compósitos surge como uma alternativa forte uma vez que é possível desenvolver produtos customizados para diferentes aplicações. O polipropileno (PP) foi descoberto por Giulio Natta em 1954; pertencente ao grupo das polioleofinas [1,3], monômeros de hidrocarbonetos alifáticos insaturados contendo dupla ligação c-c é um termoplástico convencional (commoddites) semicristalino de menor peso especifico (0,92 l/cm 3 ); alta resistência química; impermeável a líquidos e gases; não reativos a maiorias dos reagentes químicos industriais e farmacêuticos. Possui boa estabilidade dimensional. Embora tenha boa dureza, resistência a flexão e resistência alta a temperatura é necessário o reforço do PP para melhorar as suas propriedades térmicas e mecânicas [3]. Este polímero tem como desvantagem a baixa temperatura de transição vítrea no desempenho; assim como pouca resistência ao impacto e resistência ruim a luz ultravioleta [4 ]. O PP é bastante utilizado em diversos seguimentos da indústria devido ao baixo custo e facilidade do processamento, podendo ser processado por moldagem do tipo injeção sopro ou extrusão. Podendo ou não usar carga de reforço. Recentemente a 3M desenvolveu a microesfera de oca de vidro denominada de (Glass Bubble) com a finalidade de buscar produtos de baixo peso, custo e com suas propriedades mecânicas e químicas melhoradas para atender seus clientes. Estas cargas tem a forma de microsferas ocas que melhoram o fluxo e diminuem a viscosidade uma vez que deslizam uma sobre as outras devido a sua forma esférica. Estas são utilizadas em vários segmentos da indústria como tintas e revestimentos; automotivos; mineração; petroquímica; eletrônica; plásticos dentre outras. Neste trabalho foram desenvolvidos compósitos utilizando PP, esfera oca de vidro e um agente compatibilizante a fim de melhorar a polaridade entre a matriz polimérica e a carga mineral. 6872

3 MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS Para realização do estudo utilizou-se o polipropileno PP 440L fornecido pela Braskem, a microesfera de oca de vidro - GB fornecido pela empresa 3M; e o como agente compatibilizante Protac fornecido pela Inoquímica Indústria e Comércio Ltda. PREPARAÇÃO DOS COMPÓSITOS Foram processados 2 formulações variando o teor de GB em 5 e 10%. Os compósitos foram misturados em um extrusora dupla rosca co-rotacional da marca Imacon, modelo DRC 30:40 IF com diâmetro de rosca de 30mm e razão L/D de 40. Para realização dos ensaios mecânicos obteve-se corpos de provas foram obtidos corpos de prova na forma de gravata, por moldagem por injeção em uma máquina da marca ROMI Prima X-100R. A pressão e o tempo de recalque utilizado foram de 200 Bar e 1 segundo. O tempo de resfriamento foi de 35 segundos e a temperatura nas zonas de aquecimento entre 150ºC. Antes do processo da extrusão as esferas ocas de vidro foi submetida ao processo de secagem por 24 h a 100 ºC. O Agente compatibilizante foi misturado manualmente ao PP e ao GB. Foram processados as formulações nas proporções conforme a Tabela 1. Tabela 1 Proporção das amostras estudadas. Amostras PP puro % GB % Agente Comp % Formulação A Formulação B Formulação C

4 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA E MECÂNICA DOS COMPÓSITOS Os compósitos foram caracterizados mecanicamente através de ensaio de tração seguindo norma ISO 527 utilizando uma máquina universal de ensaios EMIC DL As propriedades de resistência ao impacto dos compósitos foram analisadas pelo método do IZOD, com entalhe com pendulo de 1J em equipamentos de CEA, modelo Resil, 25, conforme norma ASTM 256. Os ensaios de Índice de fluidez foram realizadas no Plastômero modelo Kayeness- NC a temperatura de 230 C. CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA DOS COMPÓSITOS A caracterização morfológica foi realizada em microscópio eletrônico de varredura da Shimadzu modelo SSX 550. As amostras da superfície de fratura foram recobertas com ouro e utilizou-se voltagem de 15KV. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 estão apresentados os valores obtidos para o estudo da viscosidade por meio da verificação do índice de fluidez. Tabela 1 Valores encontrados no ensaio de fluidez para as amostras estudadas. Amostras Média [g/10min] Formulação A 6,8 Formulação B 9,6 Formulação C 8,0 Com base nos resultados obtidos podemos observar alteração nos valores de viscosidade. Acredita-se que a adição de GB provocou alteração no sistema. Vale 6874

5 Tensمo na Força Mلxima (MPa) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais ressaltar que trata-se de uma material de baixa densidade, o que torna a sua adição uma maior quantidade em volume. Na Tabela 2 abaixo estão apresentados os valores obtidos para as propriedades mecânicas de tensão e deformação no escoamento, e módulo de elasticidade sob tração. Tabela 3 - Valores obtidos do ensaio de tração para as amostras estudadas. Amostras Max. [MPa] [MPa] Deformação ES1 Tensão no ES2 [%] Mod. Elasticidade [MPa] [%] [%] Formulação A 18,00 14,36 1,68 11,44 142,8 872,5 Desv. Padrão 0,11 1,20 0,10 0,27 45,2 26,85 Formulação B 16,78 13,30 1,85 12,00 100,6 836,6 Desv. Padrão 0,10 0,66 0,39 1,40 26,51 135,8 Formulação C 16,17 13,00 1,42 11,47 82, Desv. Padrão 0,14 0,36 0,81 0,32 20,47 30,17 Para uma melhor visualização dos resultados obtidos com as propriedades mecânicas, encontra-se descrito na forma de gráficos, Figuras 2 e 3 respectivamente, os valores obtidos para a tensão na força máxima e o módulo elástico para as três formulações estudadas Formulaçمo A Formulaçمo A Formulaçمo A Figura 2 - Resultados de Tensão deformação para as amostras estudadas. 6875

6 M dulo Elلstico (MPa) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais Formulaçمo A Formulaçمo A Formulaçمo A Figura 3 - Resultados de Módulo elástico para as amostras estudadas. Analisando os resultados de propriedades mecânicas verificamos que a adição do agente de acoplamento apresentou uma pequena queda nos valores de tensão na força máxima e não influenciou significativamente os outros valores de propriedades mecânicas. Para auxiliar na interpretação dos dados referente ao desempenho mecânico foram realizados ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) na superfície de fratura da formulação 2 e os resultados podem ser observados Figura 4 abaixo. Microscopia de Varredura Eletrônica ( MEV) Os resultados obtidos na avaliação do comportamento mecânico dos compósitos foram comprovados através da análise morfológica da superfície de fratura (Erro! Fonte de referência não encontrada. 4). 6876

7 (A) (B) Figura 4 - Amostra da formulação 2. (A) MEV com aumento de 500 X (B) MEV com aumento de 700 X. De acordo com os resultados obtidos, podemos observar que os ensaios para avaliação do índice de fluidez dos compósitos estudados mostrou que a dição de 4% de GB tornou o material de forma mais fluida, melhorando assim a reologia da mistura com a redução da viscosidade. Cabe ressaltar que foi utilizada um esfera oca (GB) tratada o que pode ter favorecido a interface com a matriz de PP e com o agente de acoplamento. Já para os resultados as propriedades mecânicas não foi observado mudanças significativas nas propriedades mecânicas com a adição do modificador de impacto e do Para as análises morfológicas de MEV observamos que houve dispersão entre o compósitos estudados, verificamos que a adesão das esferas na matriz não pareceu eficiente. Este fato pode ser observado pelos pontos de aarncamento das esferas na superfície da matriz. È importante observara também que apesar do processo de extrusão apresentar um cisalhamento elevado as esferas se mantiveram inteiras sem que houvesse quebra das mesmas. CONCLUSÃO Em resumo concluímos que a adição da esfera oco de vidro apresentou pequena alteração nos valores de índice de fluidez dos materiais estudados. As propriedades mecânicas mantiveram-se constante. 6877

8 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao SENAI CIMATEC, a BRASKEM e 3M. Referencias Bibliográficas. 1- Polímeros vol.12 no.2 São Carlos Polipropileno Carregado com Microesferas Ocas de Vidro (Glass Bubbles ): O btenção de Espuma Sintática. 2- Krey, P. F." Obtenção de polipropileno modificado com metacrilato de glicidila e anidrido maleico e sua aplicação na compatibilização de blendas de polipropileno/poli( terefitalato de etinelo)." Tese de Mestrado, Universidade federal do Rio Grande do sul. 3- Miguel, J.J.P.." Estudo comparativo das propriedades térmicas e mecânicas do polipropileno reforfaças com óxidode zinco, carbonato de cálcio e talco." Dissertação de Mestrado,Faculdade de Tecnologia Senai Cimatec. 4- William D. Casllister, Jr., Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais- Segunda Edição Editora LTC. 5- Krouse, J. K. ¾ Machine Design, 7, p. 90 (1978). 6- Sebastião V. Canevarolo Jr., Ciência dos Polímeros- 3 Edição - Editora Artliber 7- Sebastião V. Canevarolo Jr,Técnicas de Caracterização de Polímeros- 2 Edição- Editora Artliber. 8-Markhan,R.L. Advances in Polymer Technology 1990,10(3), Jarvela, P. A.; Jarvela, P. K. ¾ J. Mater. Sci, 31, p (1996). 10- Borisig, E.J.S- Pure Appl.Chem.1999, A336(11) Guimarães, A.O. Estudos Espectroscópicos e Caracterizacão Térmica de Materiais por Técnicas Fototérmicas. Dissertação de Mestrado, Unicamp Barboza, A.C.R.N Polipropileno carregado com Microesferas Ocas de Vidro. Dissertação de Mestrado, Unicamp. 13- Petry, A. Mercado Brasileiro de Polipropileno com ênfase no setor Automobilístico Trabalho de conclusão de curso, UFRGS. 6878