Efeito do Envelhecimento, da Carga e Fator...

Renata Prata Ferreira

Efeito do Envelhecimento, da Carga e Fator

Amortecimento (tan δ) da Borracha de

Polibutadieno Baixo Cis no Desgaste Abrasivo

09/09/2015

Efeito do Envelhecimento, da Carga e Fator Amortecimento (tan δ) da Borracha de Polibutadieno Baixo Cis

no Desgaste Abrasivo

Motivação

2/55

Por que estudar? Envelhecimento; Carga (força); Fator de amortecimento (tan δ).

Desgaste abrasivo das Borrachas

Desgaste abrasivo ocorre quando

“material é removido ou deslocado de uma

superfície por partículas duras, ou algumas vezes

por protuberâncias na contra-face, forçadas e

deslizadas contra a superfície” HUTCHINGS (1992)



Motivação

ARAÚJO (2010)

Ações mecânicas +

intempéries Fatores que alteram as propriedades da borracha

3/50



Motivação

4/55

Perdas de propriedade Parada de produção (manutenção); Acidentes; Perda monetária.



Objetivo

Estudar o

efeito

Indicar quais destas variáveis são mais significantes para o

desgaste abrasivo.

• Envelhecimento

termo-mecânico

• Carga (força)

• tan d

Desgaste

abrasivo da

borracha

5/50



Tangente delta (tan 𝜹)

6/55

Viscoelasticidade

Deformações

permanentes

Deformações

recuperáveis

E” E’

COSTA ( 2007)



Borracha – envelhecimento

MARK; ERMAN e ERICH (2005)

monossulfídrica

dissulfídrica polissulfídrica

Envelhecimento natural;

Cadeias polissulfídricas Radicais livres Mono e dissulfídricas;

7/50



Desgaste – Morfologia de abrasão

Partículas duras deslizam sobre uma superfície repetidamente em um único sentido.

SCHALLAMACH (1952 A) GENT (2005)

8/50



Variáveis de “influência”- Força

SCHALLAMACH (1954, 1957/58, 1968);

GROSCH e SCHALLAMACH (1970);

GENT e PULFORD (1983);

MUHR e ROBERTS (1992);

FUKAHORI e colaboradores (1995, 2008, 2010).

Força normal aplicada ou pressão

Taxa de abrasão 9/50



Variáveis de “influência” – tan d

Ȧ(tan d) não há trabalho;

BULGIN; HUBBARD e WALTERS (1962)

10/50



Variáveis de “influência” - Envelhecimento

BARQUINS e COURTEL (1975)

-rígida

+adesiva

+rígida

-adesiva

BARQUINS e COURTEL

(1975)

abrasão Ondas de destacamento

precursoras da

Morfologia de abrasão

MUHR e ROBERTS

(1992)

Ondas abrasão 11/50



Materiais

Amostra Vale

Espectroscopia de infravermelho

Base polibutadieno e traços de isopreno

Corpos de prova

Amostras; Envelhecimento termomecânico (metade); Ensaio para obtenção de propriedades

(incluindo abrasão DIN).

12/50



Materiais Materiais

Componentes Descrição Densidade [g/cm3] Tan d baixo Tan d alto

Elastômero base polibutadieno baixo cis 0,91 100,00 100,00

Ativadores ácido esteárico 0,85 1,50 1,50

Agente de processo óxido de zinco 5,55 1,00 1,00

sabão de zinco 1,07 2,00 2,00

Antiozonante cera microcristalina 0,92 1,00 1,00

Antioxidante 6PPD 1,00 2,00 2,00

TMQ 1,08 1,00 1,00

Carga negra N234 1,80 55,00 55,00

Agente de processo

óleo naftênico 0,94 12,00 0,00

resina cumarona-indeno 1,13 0,00 12,00

Acelerante DPG 1,20 0,64 0,64

CBS 1,30 2,10 2,10

Agente de vulcanização enxofre 2,00 1,20 1,20

Tan d (40°C 10Hz 14,5% ± 5%) 0,213 ± 0,004 0,260 ± 0,004

PIRELLI PNEUS (2013)

13/50

Vulcanização Eficiente: Ac>S



Ensaios – Env. Termomecânico

Flexão de Goodrich – ASTM D 623 (2007)

14/50



Ensaios – Env. térmico

Flexão de Goodrich – ASTM D 623 (2007)

Após ensaio amostras foram refrigeradas à 5,5 ºC.

Altura CP [mm] 25

Diâmetro CP [mm] 17,8

Força [N] 245

Frequência compressão [Hz] 30

Amplitude flexão [mm] 4,30

Temperatura ensaio [°C] 100

Tempo ensaio [min] 25

15/50



Planejamento de experimento

Planejamento fatorial completo em dois níveis (DOE 2K) aleatorizado;

Indica as tendências principais de cada termo individualmente e associados para saber se uma variável tem ou não influência;

Número de ensaios: 2K

K=3 2³=8 8*3=24

16/50



Planejamento de experimento

- + Tangente delta 0,213 0,260

Envelhecimento termomecânico

nova velha

Força [N] 15 70

Matriz de ensaio

Valores codificados:

-1 a +1

17/50

Tandel (A)

Idade (B) Força (C ) AB AC BC ABC

Estimativa dos efeitos 2*erro padrão



Análise teórica

18/50



Ensaios – Desgaste abrasivo

Roda de borracha ASTM G 65 (2000) modificada.

ASTM G 65 (2000)

ASTM G 65 Ensaio realizado

Corpo metálico Corpo de borracha

Areia Ottawa IPT (50 mesh)

Areia sempre renovada Areia reciclada

Retângulo

25 x 76 x 3,2 a 12,7 mm

(largura x altura x

espessura)

Secção transversal

25 x 17,8 mm

(altura x diâmetro)

19/50



20/50

fhhfvkldjv

Ensaios – Procedimentos

CP

Roda

Mecânica

+ Água

Roda 8 vezes

Foto



Ensaios Preliminares

Para que se fazer ensaio preliminar? 2 níveis de força; Tempo de ensaio.

Dados:

CP não envelhecido (CP único, mas com preparação inicial de superfície);

Baixo valor de tan d;

Velocidade de rotação 196 rpm (150 rpm); Cargas 9; 15; 33; 60; 70; e 80 N.

Ensaios finais

21/50



Resultados e conclusões dos ensaios

preliminares Comprimento

de onda

22/50



Comprimento de onda

Força aplicada 23/50


preliminares



Perda de massa X tempo Retas

80 N

70 N

60 N

33 N

15 N

9 N

24/50


preliminares



Equação de taxa de abrasão

Carga [N] Coef. angular da reta [g/min]

Coef. linear [g] Coeficiente de determinação

(R²) 80 -0,0026 3,3932 0,9985 9 -0,0001 4,0485 0,9982

W A 80 0,0026

9 0,0001

𝜶 3E-6 𝝋 1,6

Lei exponencial válida

Ensaio final 15 e 70 N 25/50


preliminares



Resultados finais – Caso geral

26/50



Resultados finais – Borracha nova

27/50



Resultados finais – Borracha envelhecida

28/50



Conclusões

29/55

Todos fatores importantes no caso geral; Força fator mais importante (> que 2x outros); Borracha nova tan 𝜹 sem significância; Taxa de desgaste exponencial com força

(literatura);

Força aplicada , relação linear.

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