Caracterização reológica, térmica e mecânica de compósito de borracha natural vulcanizada com partículas magnéticas

Abstract

Compósitos são formados por dois ou mais materiais, com a intenção de combinar as propriedades únicas de cada um visando obter um novo material. Devido à demanda de vários setores industriais e tecnológicos, os materiais compósitos têm ganhado destaque, pois podem ser customizados para atender aplicações específicas e propriedades desejadas. Nesse sentido, esse estudo teve como objetivo criar um compósito flexível de borracha natural vulcanizada (BNV) reforçado com partículas magnéticas (PM). Os compósitos bifásicos BNV/PM foram produzidos utilizando um misturador aberto de rolos paralelos, no qual as quantidades de BNV, aceleradores e agente reticulador foram mantidas constantes, enquanto a quantidade de PM foi variada em 10, 20 e 30 phr. As propriedades reométricas, térmicas, mecânicas, elétricas e dielétricas das amostras de compósitos bifásicos BNV/PM foram analisadas para avaliar a interação entre as fases e seu impacto nas propriedades finais dos compósitos. As análises reométricas permitiram determinar o tempo ideal de vulcanização (t90), que variou entre 4 e 5 minutos, indicando que a dispersão de PM tem influência nos parâmetros de vulcanização da matriz BNV. Também foi observado que o torque máximo aumenta com o acréscimo na concentração de PM. A análise térmica de TG/DTG mostrou que as amostras do compósito bifásico BNV/PM, com diferentes concentrações de PM, apresentaram um perfil térmico semelhante ao da BNV pura, com um único evento de perda de massa entre 300-450°C devido à degradação estrutural da BNV. Os testes mecânicos de tração indicaram que a variação de PM na matriz BNV aumentaram a tensão na ruptura enquanto diminuíram a deformação na ruptura. As análises de impedância demonstraram que o comportamento da parte real da condutividade elétrica (σ´(f)) de todas as amostras é característico de materiais desordenados, variando conforme a frequência do campo elétrico alternado. Além disso, a permissividade elétrica variou com a frequência para todas as amostras estudadas, diminuindo à medida que a frequência aumentava. Finalmente, devido às suas excelentes propriedades elétricas, térmicas e mecânicas, as amostras dos compósitos bifásicos BNV/PM têm potencial para aplicações como sensores, dispositivos de blindagem contra radiação eletromagnética e dissipadores eletrostáticos.

The term "composites" refers to materials formed from the combination of two or more materials, with the purpose of combining the individual properties of each material to create a new material. Composite materials have gained prominence due to their ability to be customized to meet specific applications and desired properties in a variety of industries. This study aims to create a flexible composite of vulcanized natural rubber (VNR) reinforced with magnetic particles (MP). A two-phase VNR/PM composite was prepared using an open parallel-roll mixer, in which VNR, accelerators, and crosslinking agent amounts were maintained constant while MP amounts were varied at 10, 20, and 30 percent per hour. VNR/MP two-phase composite samples were analyzed for their rheometric, thermal, mechanical, electrical, and dielectric properties to determine how the phases interact and the impact they have on the final properties. By using rheometric analyses, it was possible to determine the ideal vulcanization time (t90), which varied between 4 and 5 minutes, indicating that the MP dispersion has a significant influence on the vulcanization parameters of VNR matrix. The maximum torque was also observed to increase as MP concentration increased. According to TG/DTG thermal analysis, the VNR/MP biphasic composite samples, with different MP concentrations, presented a thermal profile similar to that of pure VNR, with a mass loss event occurring between 300-450°C due to VNR structural degradation. Mechanical tensile tests indicated that MP variation in the VNR matrix increased the stress at break while decreasing the deformation at break. Impedance analysis indicated that all samples demonstrated behavior characteristic of disordered materials, varying according to the frequency of the alternating electric field. In addition, the dielectrical permittivity of all the studied samples decreased with increasing frequency. Furthermore, due to their excellent electrical, thermal, and mechanical properties, the VNR/MP biphasic composite samples have the potential to be used as magnetic sensors and electromagnetic radiation shielding devices.