Incorporação de nanotubos e nanofibras de carbono como carga em borracha fluorada

Abstract

A otimização das propriedades faz-se essencial para os campos de pesquisa acadêmica e industrial. Neste estudo, compósitos de borracha fluorada foram obtidos a partir de nanotubos de carbono (MWCNT) e nanofibras de carbono (CNF) como carga de reforço, em diferentes teores, como carga isolada ou adicionados à carga convencional de uma formulação padrão industrial de 30 phr de negro de fumo. O efeito do processamento sobre a dispersão da carga foi avaliado preparando-se compósitos com a carga de reforço sendo incorporada em uma etapa, no misturador interno e com pós processamento, em misturador aberto de rolos. Todas as composições elastoméricas foram caracterizadas antes de sua vulcanização a partir das curvas reométricas e do seu comportamento viscoelástico, módulo de cisalhamento G’, e após a vulcanização, quanto a sua resistência mecânica (tensão-deformação), propriedades dinâmico- mecânicas, dureza, deformação permanente à compressão, comportamento frente à solventes (inchamento), estabilidade térmica e condutividade elétrica. A dispersão das cargas foi avaliada por microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo, MEV-FEG. No caso dos nanotubos observa-se um efeito significativo do co-processamento, atingido-se altos graus de dispersão comprovada pela condutividade elétrica alcançada a partir de 0,5 phr desta carga. O mesmo não foi observado para as nanofibras. O efeito sinérgico em amostras híbridas (negro de fumo/nanotubos de carbono ou negro de fumo/nanofibras de carbono), principalmente quando processados em duas etapas, pode ser constatado em praticamente todas as propriedades avaliadas, efeito atribuído a uma melhor dispersão da carga, como consequência de maiores forças de cisalhamento. Os resultados indicam que os nanotubos e as nanofibras de carbono apresentam um grande potencial para serem aplicadas como cargas de reforço em borracha fluorada, resultando em materiais que apresentam condutividade elétrica já a partir de baixas concentrações destas cargas.

The optimization of properties becomes essential for the fields of academic and industrial research. In this study, fluorinated rubber composites were obtained from carbon nanotubes (MWCNT) and carbon nanofibers (CNF) as reinforcing filler, at different contents, as isolated filler or added to the conventional filler of a 30 phr industrial standard carbon black formulation. The effect of the processing on the filler was evaluated by preparing composites with the reinforcing filler being incorporated in one step in the internal mixer and with post-processing in the open roller mixer. All the elastomeric compositions were characterized before their vulcanization from the rheometric curves and their viscoelastic behavior, shear modulus G ', and after curing, their mechanical strength (strain-deformation), dynamic-mechanical properties, hardness, constant compression deformation, solvent behavior (swelling), thermal stability and electrical conductivity. The dispersion of the fillers was evaluated by field emission scanning electron microscopy (FESEM). For carbon nanotubes, a significant effect of the co-processing is observed, reaching high degrees of dispersion proved by the electrical conductivity reached from 0.5 phr of this filler. The same was not observed for nanofibers. The synergistic effect in hybrid samples (carbon Black/carbon nanotubes or carbon Black/carbon nanofibers), especially when processed in two steps, can be verified in practically all evaluated properties, an effect attributed to a better dispersion of the filler, as a consequence of higher shear forces. The results indicate that carbon nanotubes and carbon nanofibers have great potential to be applied as reinforcing fillers in fluorinated rubber, resulting in materials that have electrical conductivity already from low concentrations.