Comportamento de compósitos borracha/cortiça para aplicação em juntas

Abstract

A colaboração entre a indústria e a universidade é, felizmente, cada vez mais usual nos dias que correm. A criação de protocolos de investigação e desenvolvimento entre as duas partes permite a obtenção de mais valias quer para a empresa, que vê os seus problemas estudados mais detalhadamente, quer para a universidade que aprende sempre com os aspectos mais práticos do ambiente industrial.

O presente trabalho, inserido num protocolo entre o ICTPOL (Polo da Universidade do Minho) e empresa Amorim Industrial Solutions (AIS), pretende dar resposta a várias solicitações desta companhia, algumas de ordem produtiva e outras de desenvolvimento tecnológico, tais como:

• Caracterização de formulações de borracha com cortiça • Identificação dos parâmetros da formulação e do processo produtivo determinantes na estabilidade dimensional dos produtos em material reciclado • Melhoria do desempenho através da compatibilização de compostos de borracha com cortiça • Desenvolvimento de um modelo de simulação de cura em compostos de borracha com cortiça • Desenvolvimento de compostos elastómero termoplástico (TPE) / cortiça

Sendo assim, esta dissertação analisa diversos aspectos relevantes do processo produtivo da empresa, procurando dar respostas específicas a cada um deles.

Inicialmente, apresenta-se uma revisão bibliográfica que aborda os principais temas necessários à compreensão das diferentes partes deste trabalho, nomeadamente: cortiça, borrachas vulcanizadas, elastómeros termoplásticos e produção de compósitos borracha / cortiça.

Caracterizaram-se, exaustivamente, três formulações industriais, seleccionadas pela empresa, tendo-se concluído que todas elas apresentam o mesmo padrão de comportamento ao longo da espessura do cilindro, ou seja, que da periferia para o núcleo, se verifica um aumento da Massa Volúmica, da Tensão de Ruptura e da Deformação e uma diminuição da Estabilidade Dimensional. Relativamente às variações ao longo da altura do cilindro, verifica-se que a Deformação parece não sofrer alterações significativas, enquanto que, e de um modo geral, a Massa Volúmica e a Tensão de Ruptura diminuem do topo para o fundo do cilindro. A Variação da Estabilidade Dimensional é sempre maior no meio que no topo e no fundo do cilindro.

Para a identificação dos parâmetros da formulação e do processo produtivo determinantes na estabilidade dimensional dos produtos em material reciclado, utilizou-se a metodologia de Taguchi. Verificou-se que a Estabilidade Dimensional das juntas produzidas com este material é favorecida por elevados de teores de água no composto (água adicionada à formulação + teor de humidade da cortiça), maiores granulometrias de cortiça (2/3 mm) e morfologia acicular do granulado (CAI).

Estudou-se o efeito de vários compatibilizadores num sistema NBR + Enxofre com três cargas diferentes. Os resultados obtidos permitiram obter um conjunto vasto de informação sobre as propriedades dos materiais estudados com a adição dos compatibilizadores. Este estudo, no entanto, não foi conclusivo, pelo que, desenvolvimentos nesta área deverão ser baseados em análises mais aprofundadas desta problemática.

Utilizou-se o software do modelo do processo de cura desenvolvido no âmbito do projecto em que se insere esta dissertação, como um apoio à compreensão do fenómeno de vulcanização e o seu reflexo nas propriedades dos materiais ensaiados.

Por fim, estudou-se a possibilidade de obtenção de compostos elastómero termoplástico com cortiça por moldação por injecção. Para isso, utilizou-se a borracha termoplástica Santoprene 101-64 e cortiça com diferentes calibres. Produziram-se compósitos com 30% (em peso) de cortiça, misturados previamente numa extrusora de duplo fuso. O composto mais consistente, com maior rigidez sem diminuição acentuada na deformação, é o que contém 30% de granulado 1/2 mm.

The present work was developed under a contractual research scheme between ICTPOL (University of Minho) and Amorim Industrial Solutions (AIS), that addressed several aspects of the production procedures and technology presently used in this company:

• Characterisation of rubber/cork formulations • Identification of the formulation and process parameters determinant for the dimensional stability of products made of recycled material • Performance improvement of rubber/cork compounds with the use of compatibilisation techniques • Development of a cure simulation model for rubber/cork compounds • Development of thermoplastic elastomer (TPE)/cork compounds

The thesis reports the work developed and also includes a bibliographic revision that summarises, in an integrated manner, the main relevant subjects for the comprehensive understanding of this work different parts, namely: cork, vulcanised rubbers, thermoplastic elastomers, effect of molding technique on properties and production of rubber/cork compounds.

Three industrial formulations, selected by the company, were exhaustively characterised. All of them show the same behaviour pattern along the cylinder thickness: the density, the tensile strength and the deformation increase, from the outside to the inside of the cylinder, and the dimensional stability decreases. Concerning the variations along the height, it is possible to see that the deformation doesn't have significant changes, while the density and the tensile strength decrease from the top to the bottom of the cylinder. The dimensional stability variation is always bigger in the middle than in the top or the bottom of the cylinder.

Taguchi techniques were used for the identification of the formulation and process parameters determinant for the dimensional stability of products made out of polyurethane and recycled rubber/cork material. It was verified that the dimensional stability of the produced gaskets is enhanced by higher levels of water in the compound (water added to the formulation + humidity level in the cork), bigger cork granulometries (2/3 mm) and acicular morphology granulates (CAI).

Furthermore, the effect of various coupling agents in a NBR + Sulfur with three different fillers was studied. The obtained results gave a complex whole of information about material properties with the addition of coupling agents. This study, however, was not conclusive, requiring this subject more detailed analysis.

The cure simulation model, developed in this project bounds, was used as a support to the understanding of the vulcanisation process and its reflex on material properties.

Finally, the possibility of obtaining injection molded thermoplastic elastomer/cork compounds was studied. For this purpose, thermoplastic elastomer Santoprene 101-64 and cork with different granulometries were used. Compounds with 30% cork (in weight) were obtained by twin screw extrusion and injection molding. The most consistent compound, with higher stiffness without significant losses in deformation, was the one with 30% of granulate 1/2 mm.