Introdução
A borracha de acrilonitrila-butadieno (NBR, formato estrutural na figura 1) é um copolímero produzido pela polimerização de monômeros de acrilonitrila e butadieno. O principal processo usado para fabricar essa borracha é a polimerização em emulsão de baixa temperatura [1]. O teor de acrilonitrila dos copolímeros está normalmente entre 18 e 50 mol.-% [1]. Os NBRs geralmente apresentam boa resistência a solventes não polares, alta resistência à abrasão, impermeabilidade a gases e boa resistência à temperatura. Como resultado, elas são amplamente usadas na fabricação de vários produtos de borracha resistentes a óleo, como foles, gaxetas e outras vedações, luvas de borracha, solas resistentes a óleo, mantas de impressão etc., e se tornaram um material elástico indispensável nos setores automotivo, de aviação, petróleo, embalagens, alimentos, impressão e outros [2].
Alguns produtos de NBR são submetidos a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão constante e temperaturas elevadas durante o serviço. Portanto, o conhecimento do conjunto de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento e deformação - conjunto de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão ou compressão - é importante para o cliente durante o projeto do produto. Quando um material é usado sob EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão constante, a resposta do material pode se tornar irreversível em escalas de tempo mais longas e/ou temperaturas mais altas. Isso pode resultar em uma deformação permanente e diferente de zero do material depois que a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão é removida. Essa parte não reversível é um fator importante para determinar a aplicabilidade de determinados materiais de borracha. Há várias normas internacionais e normas chinesas para testar as propriedades relevantes de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento e deformação de elastômeros, como ASTM D395, GB/T 7759.1, GB/T 7759.2 e GB/T 1683.
Entretanto, as informações sobre o desempenho do material em relação a essas propriedades também podem ser obtidas com o NETZSCH DMA 303 Eplexor®, simulando o comportamento do material em condições relevantes para a aplicação.
Medidas de relaxamento e conjunto de compressão emNBR como recebido e pós-vulcanizado
Duas amostras diferentes de NBR foram medidas no modo de compressão com o DMA 303 Eplexor®® usando o suporte de amostra de aço para compressão e a haste de pressão apropriados, conforme mostrado na figura 2. Uma é uma amostra de NBR recebida que passou por um processo de vulcanização primária a 170°C em ar estático, e a outra é uma amostra de NBR pós-vulcanizada que foi tratada termicamente a 170°C por 2 h em um forno em ar estático. O diâmetro das amostras foi de 5,18 mm e 5,22 mm para as amostras de NBR recebidas e pós-vulcanizadas, respectivamente. A altura da amostra foi determinada pelo recurso de detecção automática de comprimento do DMA 303 Eplexor®.
O experimento foi realizado usando o seguinte procedimento de seis segmentos:
- Uma força estática de 0,05 N foi aplicada para garantir o contato com a amostra durante a estabilização isotérmica a 25°C por 5 minutos. No final do segmento, a espessura inicial, L0, foi medida.
- Em seguida, a temperatura foi aumentada para 100°C em uma taxa de aquecimento de 10 K min-1.
- Para estabilizar a temperatura e permitir que toda a amostra se equilibre a 100°C, a temperatura foi mantida por 5 minutos antes da próxima etapa.
- Foi aplicada uma EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão estática alvo de 25% com base no comprimento medido no final do segmento anterior. A EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão foi mantida constante nessa temperatura por 60 minutos e o decaimento da força e o módulo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento foram observados em função do tempo ao longo do segmento.
- A força aplicada foi reduzida para os 0,05 N anteriores e, em seguida, resfriada de volta a 25°C a 10 Kmin-1.
- A temperatura foi mantida constante a 25°C por 20 minutos para estabilizar a temperatura e permitir que a amostra se equilibrasse totalmente na temperatura determinada. No final do segmento, o comprimento da amostra, L1, foi medido novamente e a deformação residual não reversível, ε = (L1 - L0)/L0, foi determinada.
Experimental
O comprimento da amostra medido no final do primeiro segmento é L0 = 7,722 mm. Após a aplicação de uma deformação estática de -25% no início do segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico a 100°C, a força estática diminui de seu valor máximo de 24,97 N para 20,41 N após uma hora. De forma correspondente, o módulo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento diminui de 4,77 MPa para 3,87 MPa. No final da medição, o corpo de prova tem um comprimento de L1 = 7,464 mm. Isso corresponde a uma deformação residual de ε = -3,34% após uma hora.
Para a amostra de NBR pós-vulcanizada, um comprimento de L0 = 7,638 mm foi medido antes do início do segmento de aquecimento. A deformação estática de -25% exige uma força inicial de 21,41 N, que diminui para 17,10 N após 1 h a 100°C. O módulo de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento diminui de um valor inicial de 4,06 MPa para 3,19 MPa durante o segmento IsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico. No final do experimento, foi medido um comprimento de amostra de L1 = 7,509 mm. Portanto, a deformação residual calculada nesse caso foi ε = -1,69%.
Resultados da medição
Enquanto a NBR como recebida ainda mostra uma deformação residual de -3,34%, a amostra de NBR pós-vulcanizada mostra apenas um valor de -1,69%. Isso mostra uma influência drástica do tratamento do processo de pós-vulcanização no NBR, destacada pela redução da deformação residual em cerca de 50,6% em comparação com o estado como recebido. Do ponto de vista microestrutural, a diferença na deformação residual pode ser explicada pelo maior grau de reticulação química intermolecular das cadeias de polímero para a amostra NBR pós-vulcanizada. Como resultado, sua mobilidade e capacidade de sofrer alterações de configuração em temperaturas elevadas e/ou em escalas de tempo mais longas são drasticamente reduzidas. Como o fluxo irreversível e viscoso exige o movimento das principais cadeias de polímero para novas configurações metaestáveis, o maior grau de reticulação química reduz as possibilidades de mudanças de configuração durante a deformação da amostra. As alterações microestruturais irreversíveis são refletidas na escala macroscópica pela redução da força durante o segmento de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamentoIsotérmicoOs testes com temperatura controlada e constante são chamados de isotérmicos.isotérmico, conforme mostrado nas figuras 3 e 4.
Para os projetistas de produtos, a vantagem da pós-vulcanização de elastômeros é que eles podem esperar menos alterações físicas e químicas no produto durante o serviço, como a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão residual mostrada aqui. Isso permite que eles personalizem o produto final de forma mais próxima à aplicação do material.
Conclusão
Além disso, em comparação com os experimentos de RelaxamentoQuando uma tensão constante é aplicada a um composto de borracha, a força necessária para manter essa tensão não é constante, mas diminui com o tempo; esse comportamento é conhecido como relaxamento de tensão. O processo responsável pelo relaxamento da tensão pode ser físico ou químico e, em condições normais, ambos ocorrerão ao mesmo tempo. relaxamento e compressão realizados de acordo com vários padrões internacionais, a análise mecânica dinâmica também permite a observação in situ da redução da força durante a deformação constante. Isso pode fornecer ao projetista do produto informações adicionais sobre o comportamento do material em serviço.