Caracterização reológica de compostos de borracha para aplicação em pisos de pneu

Abstract

Esta dissertação descreve o desenvolvimento de metodologias de caracterização reológica de compostos de borracha usados em pneus, sendo um trabalho conjunto entre a empresa Continental Mabor – Indústria de Pneus S.A. e o Departamento de Polímeros da Escola de Engenharia da Universidade do Minho. Este trabalho surge da necessidade de se perceber melhor o comportamento dos compostos e processos usados na produção de pneus, tendo como objetivo geral uma melhoria do seu processo de fabrico, visando tanto o aumento da qualidade do produto final como, ainda mais importante, da segurança rodoviária. Requisitos de qualidade são executados ao longo de toda a cadeia produtiva até ao departamento de produção a quente de produtos semi-acabados. Um desafio especial nesta área é o de assegurar uma boa qualidade dos pisos, que são produzidos em linhas de extrusão. É desejada flexibilidade no processo de extrusão, uma vez que muitos produtos podem ser produzidos para diferentes tipos de pneus. A sua complexidade é refletida nas constantes mudanças de fieira, composto de borracha e parâmetros da máquina. Depreende-se então que é necessário um processo estável apesar do enquadramento ser muito dinâmico. O principal objetivo deste trabalho consiste então na definição de metodologias de caracterização reológica de compostos de borracha, recorrendo a técnicas de caracterização específica para este tipo de materiais e indústria, como por exemplo o Analisador de Processo de Borracha (RPA, em inglês Rubber Process Analyser). Através do RPA e testes não convencionais, foi possível investigar as propriedades viscoelásticas de diversos compostos de borracha. Testes de varrimento em tempo foram realizados a baixas amplitudes de deformação (dentro do regime viscoelástico linear), as varias temperaturas evidenciam diferenças entre compostos de negro de fumo e sílica. Testes de varrimento em deformação a frequência constante demonstram que compostos de borracha não exibem regime viscoelástico linear. Foram aplicados procedimentos de teste especiais, como o teste de relaxação de tensões, que são conhecidos por fornecer informações interessantes acerca da morfologia de compostos de borracha e permitiram o catalogamento dos compostos por famílias de elasticidade.

This dissertation describes new methodologies to be used in the rheological characterization of rubber used in the production of tires. This is a joint work between Continental Mabor – Indústria de Pneus S.A. and the Polymer Engineering Department of the University of Minho. The driver safety relies on the quality of the roads, but also on the quality of the tires, therefore, a good understanding of the production process of tires can lead to improve their quality, and, at the same time, increase the driver’s safety The main objective of this work is then to define new rheological methodologies to characterize different rubber compounds used in tires production, leading to a better understanding of this production process. For the evaluation of the different rubber compounds and for the prediction of their viscoelastic behavior in the extrusion process we make use of the Rubber Process Analyzer (RPA), allowing in this way to know a priori the behavior of different types of rubber compounds, and therefore, use this information to build better and more secure tires. At the same time this allows a reduction in the time needed to produce a new tire, leading also to a reduction in costs and raw materials. Through the RPA and other unconventional tests, it was possible to investigate the viscoelastic properties of rubber compounds. With strain sweep tests at constant frequency demonstrate that rubber compounds do not exhibit linear viscoelastic regime. Time sweep tests were performed at low deformations (within the linear viscoelastic regime) at various temperatures, showing differences between carbon black and silica compounds. Other special test procedures were applied which are known to provide interesting information about the morphology of rubber compounds, such as stress relaxation test.