A preparação da blenda SAN/NBR foi realizada por diferentes procedimentos: ● mistura do SAN com a borracha nitrílica NBR pela técnica de evaporação de solventes, “casting”, para avaliação prévia da miscibilidade dos polímeros;
● extrusão em escala piloto, com o objetivo de avaliar as melhores condições para elaboração da blenda em grande escala, bem como temperaturas de processo e homogeneidade entre as fases;
● extrusão seguida de injeção para a obtenção de corpos de prova com boa homogeneização.
3.1 – Materiais empregados
3.1.1 – Poli(estireno – co – acrilonitrila) - SAN
O copolímero estireno-acrilonitrila SANGEL LW 6827 (Bayer Polímeros S.A), empregado em todas as etapas do trabalho, possui como suas principais características: elevada fluidez, resistência química e térmica. As especificações do SAN encontram-se na Tabela 2.
Tabela 2 - Propriedades do SAN – SANGEL LW 6827.
Propriedades Norma Valor
Resistência a tração ASTM D 638 63 MPa
Alongamento na ruptura ASTM D 638 1,8 %
Resistência ao impacto Izod ASTM D 256 13 J/m
Índice de fluidez ASTM D 1238 (230ºC/37,28N) 14,5 g/10 min
Densidade ASTM D 792 1,08 g/ cm³
Temperatura de amolecimento Vicat ASTM D 1525 (9,8N: 120º/N) 103 º C
Fonte: Catálogo das resinas da Bayer Polímeros S.A
3.1.2 – Poli(acrilonitrila – co – butadieno) - NBR
As principais características das borrachas nitrílicas NBR-206, NBR-608 e NBR- 615, fornecidas pela Nitriflex, utilizadas neste trabalho encontram-se na Tabela 3.
Tabela 3- Propriedades das borrachas nitrílicas utilizadas no trabalho
Propriedades Norma NBR-206 NBR- 608 NBR-615
Teor de Acrilonitrila ASTM D-3533 45,7% 32,9% 33,1% Aparência Método B 029 Bege clara Bege Clara Bege Clara
Teor de Umidade ASTM D-5668 0,20% 0,20% 0,20%
Solubilidade em MEC Método B 005 100% 100% 100%
Viscosidade Mooney ML 1+4 (100ºC)
ASTM D-1646 50 81 51
Fonte: Certificado de Análise Nitriflex S.A
Devido serem borrachas não vulcanizadas, não foi possível realizar um processo mecânico de trituração das mesmas.
Os fardos de NBR, foram estirados em calandra da marca Cope MC-2, na Empresa NSO Borrachas. As mantas de borracha obtidas foram cortadas manualmente em tiras, na Empresa Caribor. Estas por sua vez foram picadas para se obter partículas irregulares com cerca de 6 mm de face.
3.2 – Preparação das blendas
3.2.1 – Técnica de evaporação de solventes.
Para a primeira etapa do trabalho, com o objetivo principal de estudar a miscibilidade da mistura polimérica, foram preparadas amostras da blenda SAN/NBR pela técnica de evaporação de solventes utilizando a borracha nitrílica NBR-608, nas proporções 80/20, 70/30 e 50/50 (m/m). Nesta técnica, a propanona ou acetona (MERK, PA ) foi utilizada como solvente comum. A mistura SAN/NBR – propanona foi mantida sob agitação constante durante 24 horas, para favorecer uma maior interação entre as fases. Após dissolução do polímero e elastômero, a mistura foi vertida em placa de Petri para a obtenção de filmes poliméricos e acondicionados em uma cuba de evaporação saturada com o solvente utilizado até a evaporação do mesmo. Para a realização da análise de calorimetria diferencial de varredura ( DSC ) os filmes obtidos foram mantidos em dessecador sob vácuo por no mínimo 24 horas.
3.2.2 – Mini – extrusão
A fim de estudar as características morfológicas de blendas obtidas por fusão, realizou-se a incorporação do elastômero ao SAN em escala piloto em uma mini-extrusora monorosca do modelo CSI 94A, à temperatura média de 180ºC e rotação de 180 rpm, sendo as blendas extrudadas duas vezes para melhorar a homogeneização.
Nesta etapa utilizou-se o polímero SAN com as borrachas nitrílicas NBR-206 e NBR-608 nas proporções 90/10, 80/20, 70/30 e 60/40 (m/m), respectivamente.
3.2.3 – Extrusão
Para incorporar o elastômero ao polímero, tendo em vista a posterior obtenção de corpos de prova com boa homogeneização por injeção, realizou-se a extrusão dos materiais SAN puro e SAN com as borrachas nitrílicas, NBR-206, NBR-608 e NBR-615 na
proporção 70/30 (m/m). Vale salientar que antes da extrusão realizou-se a secagem do SAN puro utilizado na preparação das blendas a 60ºC por 4 horas.
A máquina extrusora monorosca empregada foi da marca Ciola, modelo B-50, com capacidade de plastificação de 60kg/h, relação L/D 25,6:1. Na Tabela 4 consta os parâmetros utilizados no processo de extrusão nesta etapa do trabalho.
Tabela 4 - Parâmetros utilizados no processo de extrusão na obtenção das blendas 70/30 de SAN/NBR
Parâmetros Utilizados SAN puro SAN/NBR-206 SAN/NBR -608 SAN/NBR-615
Temperatura Zona 1 200ºC 160ºC 150ºC 150ºC
Temperatura Zona 2 210ºC 170ºC 160ºC 160ºC Temperatura Zona 3 210ºC 170ºC 160ºC 160ºC
Rotação da rosca 500 rpm 500 rpm 500 rpm 500 rpm
Após a extrusão as blendas foram resfriadas à temperatura ambiente e trituradas em um moinho de facas Primotécnica (modelo P 2001, série SPD3/2).
3.2.4 – Injeção
Para a obtenção dos corpos de prova o material obtido após trituração, foi seco a 60ºC por 4 horas e, posteriormente, injetado em máquina injetora Sandretto com força de fechamento de 65 toneladas, relação L/D 23,2:1, diâmetro da rosca de 32mm e controle de temperatura do molde em torno de 70ºC.
Primeiramente injetou-se o SAN puro e em seguida as blendas de SAN/NBR obtidas por de extrusão. Os parâmetros de injeção foram regulados e mantidos de acordo para a obtenção dos corpos de provas adequados para as análises. Para a realização dos ensaios foi empregado o molde de corpo de prova para tração e para impacto que seguem a norma ISO 294.
Na Tabela 5 encontram-se os parâmetros empregados na injeção dos corpos de prova tanto de tração como de impacto das blendas 70/30 de SAN/NBR, utilizando as borrachas nitrílicas NBR-206, NBR-608 e NBR-615.
Tabela 5 - Parâmetros utilizados no processo de injeção na obtenção das blendas 70/30 de SAN/NBR
Parâmetros Utilizados SAN puro SAN/NBR-206 SAN/NBR -608 SAN/NBR-615
Temperatura Bico 210 ºC 200 ºC 200 ºC 200 ºC Temperatura Zona 2 200 ºC 190 ºC 190 ºC 190 ºC Temperatura Zona 3 190 ºC 180 ºC 180 ºC 180 ºC Temperatura Zona 4 180 ºC 170 ºC 170 ºC 170 ºC Tempo de resfriamento 20 s 20 s 20 s 20 s Tempo de recalque 4 s 4 s 4 s 4 s Tempo de injeção 5 s 5 s 5 s 5 s Rotação da rosca 150 rpm 150 rpm 150 rpm 150 rpm
Pressão injeção 400 bar 400 bar 400 bar 400 bar
Velocidade de injeção 30 cm³/s 30 cm³/s 30 cm³/s 30 cm³/s
Rotação da rosca 500 rpm 500 rpm 500 rpm 500 rpm
3.3 – Caracterização das blendas
Com o intuito de comparar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas das blendas SAN/NBR com as do SAN puro, realizaram-se ensaios para a caracterização das mesmas, conforme segue abaixo.
3.3.1- Ensaio de tração
Para a caracterização do comportamento das blendas poliméricas, quanto às propriedades de tensão e deformação foi empregado o ensaio de tração.
O ensaio de tração consiste em submeter um material a um esforço que tende a esticá-lo ou alongá-lo até sua ruptura. Geralmente, o ensaio é realizado em um corpo de prova de formas e dimensões padronizadas. Este corpo de prova tem suas extremidades fixadas por garras ligadas a um dispositivo tracionador na máquina de ensaio universal, no qual aplica-se esforços crescentes na sua direção axial.
Os ensaios de tração foram realizados conforme a norma ISO 572 na máquina Universal de Ensaios Kratos, com célula de carga de 5000 kgf, velocidade de ensaio de 50 mm/min e carga máxima 220 kgf. Para a obtenção de valores médios da resistência à tração e da deformação na ruptura, os ensaios de tração foram realizados em oito corpos de prova obtidos por injeção.
3.3.2- Ensaio de impacto IZOD
A resistência ao impacto é a capacidade do polímero absorver a energia a ele aplicado, ou ainda, a sua capacidade de resistir ao fraturamento sob ação de tensão aplicada. Entre vários modos de ensaio de impacto que podem ser utilizados, tem-se o IZOD, que consiste em submeter um corpo de prova de impacto com entalhe a uma energia necessária para rompê-lo.
Neste trabalho, os corpos de prova das blendas obtidos pela etapa de injeção foram entalhados e analisados no aparelho de impacto da marca Microtest, de acordo com a norma ISO 180, utilizando para o polímero SAN puro um martelo 0,5 Joules e para os corpos de prova das blendas de SAN/NBR martelo de 2 Joules. Para a obtenção dos valores médios do ensaio de impacto foram analisados 10 corpos de prova.
3.3.3- Microscopia Eletrônica de Varredura ( MEV)
A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma técnica utilizada para a caracterização de materiais quanto sua morfologia, com o objetivo de observar a incorporação e dispersão do elastômero na matriz polimérica. Empregou-se esta técnica
para analisar as blendas de SAN/NBR tanto por fusão em extrusora de laboratório quanto os corpos de prova obtidos pela injeção.
As amostras da segunda etapa foram obtidas a partir dos corpos de prova extrudados em laboratório que foram fraturados após a permanência em nitrogênio líquido e metalizadas com uma camada de ouro de aproximadamente 15 nm, em um metalizador da marca Baltec SCD 050 e sua superfície fraturada analisada em um microscópio da Zeiss DSM 940A à 10 kV.
As amostras obtidas da injeção dos corpos de provas foram diretamente metalizadas e realizou-se a análise da fratura tanto do corpo de prova do ensaio de tração quanto o de impacto.
3.3.4- Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC)
Esta é uma técnica de análise térmica também aplicada à blendas para caracterizar a estabilidade térmica, miscibilidade e compatibilidade, fornecendo assim informações sobre o comportamento das fases. Neste ensaio é fornecido a diferença em fluxo de calor em função da temperatura aplicada a amostra e a referência. Esta técnica foi utilizada com o objetivo de analisar a compatibilidade entre o polímero e a borracha nitrílica, podendo ser verificado pela variação da transição vítrea (Tg).
As análises das blendas obtidas em todas as etapas foram realizadas em um equipamento DSC 2010 da T.A Instruments com massa média de 9 mg e taxas de aquecimento de 10ºC/min sob atmosfera de gás inerte.
3.3.5- Análise Termogravimétrica ( TGA)
Esta análise é utilizada para medir a variação de massa de uma amostra, resultante de uma transformação física ou química em função do tempo ou temperatura para obter as temperatura de início e degradação máxima. Neste trabalho, com o intuito de analisar estas
mudanças realizou-se esta análise nos materiais puros e nas blendas obtidas na etapa de extrusão e injeção no intervalo de temperatura de 25 e 600ºC a uma de taxa de aquecimento de 10ºC/ min em um aparelho TGA 2050 da T.A Instruments.
3.3.6- Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier ( FTIR)
Para blendas, a análise de FTIR permite, através do deslocamento ou alargamento de bandas dos grupos funcionais, o estudo das interações entre as fases presentes na blenda e dos processos degradativos do material polimérico, pela identificação e quantificação dos grupos funcionais que aparecem ou desaparecem durante o processamento. As análises de FTIR, foram realizadas em um equipamento Perkin-Elmer Spectrum One, no modo ATR (reflexão total atenuada) com cristal de ZnSe, para as borrachas puras e blendas 70/30 de SAN/NBR. A análise do SAN, em filme fino, foi realizada no modo de transmissão.