DISSERTAÇÃO DE MESTRADO OBTIDA POR Luciano Luckmann RECICLAGEM DE RESÍDUOS DE ESPUMA RÍGIDA DE POLIURETANO ATRAVÉS DA INCORPORAÇÃO EM POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS, ABS, PSAI E PS

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC

CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM

PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E

  

ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM

  Formação: Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais DISSERTAđấO DE MESTRADO OBTIDA POR

  Luciano Luckmann

  

RECICLAGEM DE RESÍDUOS DE ESPUMA RÍGIDA DE POLIURETANO

ATRAVÉS DA INCORPORAđấO EM POLễMEROS

TERMOPLÁSTICOS, ABS, PSAI E PS

  UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA – DEM PROGRAMA DE PốS-GRADUAđấO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS - PGCEM DISSERTAđấO DE MESTRADO Mestrando: LUCIANO LUCKMANN – Engenheiro Químico Orientador: Prof. Dr. RICARDO PEDRO BOM CCT/UDESC – JOINVILLE RECICLAGEM DE RESÍDUOS DE ESPUMA RÍGIDA DE POLIURETANO ATRAVÉS DA INCORPORAđấO EM POLễMEROS TERMOPLÁSTICOS, ABS, PSAI E PS

  DISSERTAđấO APRESENTADA PARA OBTENđấO DO TễTULO DE MESTRE EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

  FICHA CATALOGRÁFICA

  NOME: LUCKMANN, Luciano DATA DA DEFESA: 22/02/2005 LOCAL: Joinville, CCT/UDESC

NÍVEL: Mestrado Número de ordem: 45 - CCT/UDESC

FORMAđấO: Ciência e Engenharia de Materiais ÁREA DE CONCENTRAđấO: Polắmeros

TÍTULO: Reciclagem de resíduos de espuma rígida de poliuretano através da

  incorporação em polímeros termoplásticos, ABS, PSAI e PS

  PALAVRAS-CHAVE: Polímeros, Reciclagem, Poliuretano, Poliestireno NÚMERO DE PÁGINAS: XX, 152 p. CENTRO/UNIVERSIDADE: Centro de Ciências Tecnológicas da UDESC PROGRAMA: Pós Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais – PGCEM CADASTRO NA CAPES: 41000201001P-9 ORIENTADOR: Dr. Ricardo Pedro Bom PRESIDENTE DA BANCA: Dr. Ricardo Pedro Bom

MEMBROS DA BANCA: Dr. Ricardo Antônio Francisco Machado, Dr. Renato Barbieri,

  Dr. Sérgio Henrique Pezzin.

  

AGRADECIMENTOS

  À Universidade do Estado de Santa Catarina e ao Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais pela oportunidade de realização do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais. Ao Prof. Dr. Ricardo Pedro Bom, pela orientação no desenvolvimento deste trabalho. À todos os professores do Curso de Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, que de forma direta ou indireta contribuíram na minha formação acadêmica.

  À Multibrás S.A. Eletrodomésticos, pela oportunidade concedida. À todos aqueles que de alguma maneira contribuíram com a realização deste trabalho.

  

ÍNDICE

LISTA DE TABELAS.......................................................................................................................X

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................. XIII

SIMBOLOGIA ............................................................................................................................XVII

RESUMO ...................................................................................................................................... XIX

ABSTRACT ....................................................................................................................................XX

  

INTRODUđấO ................................................................................................................................. 1

  

1. REVISÃO BIBILIOGRÁFICA ................................................................................................... 5

  1.1. P OLIURETANOS ......................................................................................................................... 5

  1.1.1. Mercado ........................................................................................................................... 6

  1.1.2. Espuma rígida de poliuretano (PUR) ............................................................................... 8

  1.1.3. Reciclagem de PUR ........................................................................................................11

  1.2. R ESINAS TERMOPLÁSTICAS UTILIZADAS NO TRABALHO ..........................................................15

  1.3. R EOLOGIA ...............................................................................................................................17 NSAIO DE RAđấO

  1.4. E T .................................................................................................................27

  

2. MATERIAIS E MÉTODOS........................................................................................................36

  2.1. M ATERIAIS ..............................................................................................................................36

  2.1.1. Poliestireno .....................................................................................................................36

  2.1.2. Poliestireno de alto impacto............................................................................................36

  2.1.3. Copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno ...........................................................37

  2.1.4. Resíduos industriais de espuma rígida de poliuretano ....................................................37

  2.2. M ÉTODOS ................................................................................................................................37

  3.1.4. Conclusão......................................................................................................................119

  3.2. E NSAIO DE TRAđấO ...............................................................................................................121

  3.2.1. Determinação das propriedades mecânicas do ABS puro e misturas com PUR ...........121

  3.2.2. Determinação das propriedades mecânicas do PSAI puro e misturas com PUR ..........132

  3.2.3. Determinação das propriedades mecânicas do PS puro e misturas com PUR ..............139

  3.2.4. Conclusão......................................................................................................................145

  

4. INJEđấO DE PEđAS ...............................................................................................................146

  

5. CONCLUSÃO FINAL ...............................................................................................................147

  

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................................149

  LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 – Demanda mundial de poliuretanos por região (1000 toneladas) [VILAR, 2001]. ........................ 6Tabela 1.2 – Consumo per capita de insumos de PUR [POLIURETANOS, 2004]. ......................................... 8Tabela 1.3 - Propriedades térmicas de materiais isolantes [VILAR, 2001]....................................................... 9Tabela 1.4 - Resultados da análise de massa bruta de resíduos de PUR [CARVALHO, 2004]. ......................13Tabela 1.5 – Resultados da análise do ensaio de lixiviação para os resíduos de PUR [CARVALHO, 2004]..13Tabela 1.6 – Resultados da análise de solubilização dos resíduos de poliuretano comparando com padrões de potabilidade [CARVALHO, 2004]...................................................................................................................14Tabela 2.1 – Parâmetros de injeção dos corpos de prova para ensaio de tração...............................................45Tabela 3.1 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para o ABS puro.50Tabela 3.2 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,05 (g/g). ..................................................................................................54Tabela 3.3 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e Vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,10g/g.......................................................................................................56Tabela 3.4 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,15 (g/g). ..................................................................................................58Tabela 3.5 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,22 (g/g). ..................................................................................................60Tabela 3.6 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,30 (g/g). ..................................................................................................62Tabela 3.7 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,40 (g/g). ..................................................................................................64Tabela 3.8 – Índice de Fluidez Modificado (IF ) do ABS puro e misturas com diferentes concentrações de m PUR e diferentes massas da carga. ...................................................................................................................65Tabela 3.9 – Índice de Fluidez do ABS e misturas com diferentes concentrações de PUR e diferentes massas da carga. ...........................................................................................................................................................67Tabela 3.10 – Relação percentual entre IF das misturas e IF do ABS puro para diferentes massas de carga. m m ..........................................................................................................................................................................69Tabela 3.17 – Comparativo entre valores de IF experimentais e calculados a partir da equação (3.10) e m parâmetros da Tabela 3.15, para o ABS puro...................................................................................................84Tabela 3.18 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para o PSAI puro.

  

..........................................................................................................................................................................86

Tabela 3.19 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,05 (g/g)..........................................................................................88Tabela 3.20 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,10 (g/g)..........................................................................................88Tabela 3.21 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,15 (g/g)..........................................................................................88Tabela 3.22 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,22 (g/g)..........................................................................................89Tabela 3.23 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,30 (g/g)..........................................................................................89Tabela 3.24 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,40 (g/g)..........................................................................................90Tabela 3.25 – Índice de Fluidez Modificado do PSAI e misturas com diferentes concentrações de PUR.......91Tabela 3.26 – Índice de Fluidez do PSAI e misturas com diferentes concentrações de PUR e diferentes massas da carga. ...............................................................................................................................................93Tabela 3.27 – Resultados da determinação na massa específica do PSAI em função da concentração de PUR a 23°C...............................................................................................................................................................95Tabela 3.28 – Resultados dos cálculos para a determinação dos parâmetros reológicos das misturas PSAI/PUR. .......................................................................................................................................................96Tabela 3.29 – Parâmetros da equação de Yasuda (3.8), obtidos a partir da curva reológica do PSAI puro proveniente do MPI. .........................................................................................................................................97Tabela 3.30 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η ) para o PSAI puro. ..........................99 aTabela 3.31 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η ) para as misturas PSAI/PUR...........99 aTabela 3.32 – Comparativo entre valores de IF experimentais e calculados a partir da equação (3.10) e m parâmetros da Tabela 3.30, para o PSAI puro. ...............................................................................................101Tabela 3.38 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,30 (g/g). ................................................................................................106Tabela 3.39 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,40 (g/g). ................................................................................................106Tabela 3.40 – Índice de Fluidez Modificado do PS e misturas com diferentes concentrações de PUR. ........107Tabela 3.41 – Índice de Fluidez do PS e misturas com diferentes concentrações de PUR e diferentes massas da carga. .........................................................................................................................................................108Tabela 3.42 – Resultados da determinação na massa específica do PS em função da concentração de PUR a 23°C................................................................................................................................................................111Tabela 3.43 – Resultados dos cálculos para a determinação dos parâmetros reológicos das misturas PS/PUR.

  

........................................................................................................................................................................113

Tabela 3.44 – Parâmetros da equação de Yasuda (3.8), obtidos a partir da curva reológica do PS puro proveniente do MPI. .......................................................................................................................................114Tabela 3.45 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η ) para o PS puro. ............................116 aTabela 3.46 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η ) para as misturas PS/PUR. ............116 aTabela 3.47 – Comparativo entre valores de IF experimentais e calculados a partir da equação (3.10) e m parâmetros da Tabela 3.45, para o PS puro. ...................................................................................................118Tabela 3.48 – Comparação entre módulo de elasticidade da máquina e calculado. .......................................124Tabela 3.49 – Propriedades mecânicas em função da velocidade do ensaio de tração...................................125Tabela 3.50 – Propriedades mecânicas do ABS puro e misturas com PUR. ..................................................129Tabela 3.51 – Comparação entre módulo de elasticidade da máquina e calculado para o PSAI e misturas com PUR. ...............................................................................................................................................................134Tabela 3.52 – Propriedades mecânicas do PSAI puro e misturas com PUR. .................................................136Tabela 3.53 – Comparação entre módulo de elasticidade da máquina e calculado para o PS e misturas com PUR. ...............................................................................................................................................................141Tabela 3.54 – Propriedades mecânicas do PS puro e misturas com PUR. .....................................................142

  LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 – Consumo mundial de poliuretanos por aplicação [VILAR, 2001]................................................ 7Figura 1.2 – Reação básica de formação do poliuretano [MCBRAYER, 1998]. .............................................. 9Figura 1.3 – Reação de expansão química do poliuretano [MCBRAYER, 1998]............................................10Figura 1.4 – Curva típica de viscosidade versus taxa de cisalhamento para um polímero fundido a uma dada -1 temperatura ( em s ) [BRETAS, 2000]. .................................................................................................18

  γ

Figura 1.5 – Fluxo de pressão através de um canal de seção circular de raio R e comprimento L [BRETAS, 2000].................................................................................................................................................................19Figura 1.6 – Linhas de fluxo na entrada de um capilar de um fluido Newtoniano (a) e de um polímero (b) [BRETAS, 2000]. .............................................................................................................................................20Figura 1.7 – Curvas-padrão de viscosidade versus tempo a uma taxa de cisalhamento constante [BRETAS, 2000].................................................................................................................................................................21Figura 1.8 – Relações entre viscosidade e taxa de cisalhamento em polímeros [BRETAS, 2000]. .................22Figura 1.9 – Esquema de um reômetro capilar [BRETAS, 2000]. ...................................................................23Figura 1.10 – Tensão versus taxa de cisalhamento aparente na parede para: (a) fluido Newtoniano, (b) fluido não-Newtoniano que segue as leis de potências e (c) fluido não Newtoniano que não segue a lei das

  

potências...........................................................................................................................................................23

Figura 1.11 – Esquema da pressão através de um capilar [BRETAS, 2000]....................................................24Figura 1.12 – Gráfico para a determinação da correção de Bagley [BRETAS, 2000]. ....................................25Figura 1.13 – Gráfico da viscosidade versus taxa de cisalhamento de um PS fundido, considerando diferente pressões e temperaturas [KADIJK, 1994]. .......................................................................................................25Figura 1.14 – Esquema de uma injetora [BRETAS, 2000]...............................................................................26Figura 1.15 – Pressão e vazão na cavidade em função do tempo para o ciclo de moldagem por injeção [BRETAS, 2000]. .............................................................................................................................................27Figura 1.16 – Curva típica tensão-deformação apresentando o módulo de elasticidade [DOW, 2004]. .........30Figura 1.17 – Curva típica tensão-deformação de polímeros termoplásticos dúctil [DOW, 2004]..................30Figura 1.18 – Curvas típicas tensão-deformação do PC, ABS e HIPS [DOW, 2004]......................................32Figura 2.9 – Máquina universal de ensaios MTS Sintech 10/D. ......................................................................47Figura 3.1 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas ao ABS puro. ....................................................................................................................................52Figura 3.2 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas ao ABS puro. Interpolação linear com respectivas equações. .........................................................53Figura 3.3 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,05 (g/g). Interpolação linear com respectivas

  

equações. ..........................................................................................................................................................55

Figura 3.4 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,10 g/g. Interpolação linear com respectivas

  

equações. ..........................................................................................................................................................57

Figura 3.5 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,15 g/g. Interpolação linear com respectivas

  

equações. ..........................................................................................................................................................59

Figura 3.6 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,22 g/g. Interpolação linear com respectivas

  

equações. ..........................................................................................................................................................61

Figura 3.7 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,30 g/g. Interpolação linear com respectivas

  

equações. ..........................................................................................................................................................63

Figura 3.8 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,40 g/g. Interpolação linear com respectivas

  

equações. ..........................................................................................................................................................65

Figura 3.9 – Índice de Fluidez Modificado versus massa da carga para diferentes concentrações de PUR em ABS. .................................................................................................................................................................66Figura 3.10 – IF e IF versus concentração de PUR em ABS para diferentes massas da carga.......................68 mFigura 3.11 – Relação percentual entre IF das misturas e IF do ABS puro versus concentração de PUR para m m diferentes massas de carga................................................................................................................................69Figura 3.12 – Relação percentual entre IF das misturas e IF do ABS puro versus concentração de PUR paraFigura 3.18 – Viscosidade aparente corrigida versus taxa de cisalhamento aparente para ABS puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o ABS puro, proveniente do MPI. Ampliação daFigura 3.16 e interpolação de curvas sobre dos pontos. ...................................................................................82Figura 3.19 – Vazão Mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas ao PSAI puro...........................................................................................................................87Figura 3.20 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes concentrações de PUR em PSAI. Interpolação linear com respectivas equações. Todos os ensaios foram realizados com

  

carga da massa igual a 4.966,58 gramas...........................................................................................................91

Figura 3.21 – Índice de Fluidez Modificado versus massa da carga para diferentes concentrações de PUR em PSAI. ................................................................................................................................................................92Figura 3.22 – Índice de Fluidez versus concentração de PUR em PSAI. Ensaios realizados com massa de carga igual a 4.966,58 gramas. .........................................................................................................................93Figura 3.23 – Curvas PVT para o PSAI puro [MPI]. .......................................................................................94Figura 3.24 – Massa específica do PSAI em função da concentração de PUR a 23°C. Projeção da curva a 200 °C com base na curva PVT do PSAI puro........................................................................................................95Figura 3.25 – Viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente para PSAI puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PSAI puro, proveniente do MPI. .....................................97Figura 3.26 – Viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente para PSAI puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PSAI puro, proveniente do MPI. Ampliação da Figura

  

3.25 e interpolação de cuvas sobre os pontos experimentais do PSAI puro. ....................................................98

Figura 3.27 – Viscosidade aparente corrigida versus taxa de cisalhamento aparente para PSAI puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PSAI puro, proveniente do MPI....................100Figura 3.28 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas ao PS puro. ............................................................................................................................104Figura 3.29 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes concentrações de PUR em PS. Interpolação linear com respectivas equações. Todos os ensaios foram realizados com carga

  

da massa igual a 4.966,58 gramas. .................................................................................................................107

Figura 3.30 – Índice de Fluidez Modificado versus massa da carga para diferentes concentrações de PUR em PS. ..................................................................................................................................................................108Figura 3.36 – Viscosidade aparente corrigida versus taxa de cisalhamento aparente para PS puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PS puro, proveniente do MPI........................117Figura 3.37 – Tensão versus deformação do ABS com diferentes concentrações de PUR. ...........................122Figura 3.38 – Gráfico tensão-deformação das misturas ABS/PUR e equações da parte linear das respectivas curvas. ............................................................................................................................................................123Figura 3.39 – Tensão versus deformação do ABS puro para diferentes velocidades de ensaio. ....................125Figura 3.40 – Tensão versus velocidade do ensaio para o ABS puro.............................................................126Figura 3.41 – Deformação versus velocidade do ensaio para o ABS puro.....................................................127Figura 3.42 – Módulo de elasticidade versus velocidade do ensaio para o ABS puro. ..................................128Figura 3.43 – Tensão versus concentração de PUR no ABS..........................................................................130Figura 3.44 – Deformação versus concentração de PUR no ABS..................................................................131Figura 3.45 – Módulo de elasticidade das misturas ABS/PUR versus concentração de PUR........................132Figura 3.46 – Tensão versus deformação do PSAI com diferentes concentrações de PUR. ..........................133Figura 3.47 – Gráfico tensão-deformação das misturas PSAI/PUR e equações da parte linear das respectivas curvas. ............................................................................................................................................................134Figura 3.48 – Tensão versus concentração de PUR no PSAI. ........................................................................137Figura 3.49 – Deformação versus concentração de PUR no PSAI.................................................................138Figura 3.50 – Módulo de elasticidade versus concentração de PUR no PSAI. ..............................................139Figura 3.51 – Tensão versus deformação do PS com diferentes concentrações de PUR. ..............................140Figura 3.52 – Tensão versus concentração de PUR no PS. ............................................................................143Figura 3.53 – Deformação versus concentração de PUR no PS. ....................................................................144Figura 3.54 – Módulo de elasticidade versus concentração de PUR no PS....................................................145Figura 4.1 – Peças técnicas injetadas com misturas de PSAI/PUR. ...............................................................146Figura 4.2 – Peças técnicas injetadas com misturas de ABS/PUR. ................................................................146

  SIMBOLOGIA a

  • 1

  γ Taxa de cisalhamento aparente (s

  ) ρ

  Massa específica (g/cm³) λ

  Coeficiente da equação de Yasuda (s) ε Deformação no ensaio de tração convencional (mm/mm) δ

  Deformação real no ensaio de tração (mm/mm) σ

  Tensão (MPa) σ Tensão convencional do ensaio de tração τ Tensão de cisalhamento (MPa) ν

  Volume específico (cm³/g) η a

  Viscosidade aparente (Pa.s) τ c Tensão de cisalhamento corrigida ∅ e Diâmetro do êmbolo igual a 9,48 mm ε máx

  Deformação na tensão máxima (mm/mm) σ máx

  Tensão máxima (MPa) η o Viscosidade quando a taxa de cisalhamento tende a ser nula (Pa.s) ∆

  P Perda de carga (MPa) σ r

  Tensão real do ensaio de tração ε

  rup

  Deformação na ruptura (mm/mm) σ rup Tensão de ruptura (MPa) a Coeficiente da equação de Yasuda ABS Copolímero de Acrilonitrila, Butadieno e Estireno g Gravidade igual a 9,81 m/s²

  IF Índice de Fluidez (g/10min)

  o

  

IF Relação percentual entre IF m das misturas e IF m da matriz termoplástica

  Raio do canal igual a 1,05 mm R

  c

  Massa de poliuretano na mistura (g) n Índice de escoamento da equação de Yasuda PS Poliestireno PSAI Poliestireno de Alto Impacto PUR Resíduos de espuma rígida de poliuretano Q Vazão volumétrica (cm³/s) Q m Vazão mássica (g/10min) R

  PUR

  Massa da carga utilizada nos ensaios (g) m mat Massa da matriz termoplástica utilizada na mistura (g) m

  c

  Distância inicial entre as garras do extensômetro (mm) m Número de observações m

  Comprimento do canal igual a 8,02 mm L i Distância instantânea entre as garras do extensômetro (mm) L

  IF

  c

  (C) Índice de Fluidez modificado em função da concentração de PUR (g/10min) K’ Coeficiente de conversão de unidades L Distância final entre as garras do extensômetro (mm) L

  m

  IF

  Índice de Fluidez modificado (g/10min)

  m

  IF

  puro Índice de Fluidez modificado da matriz termoplástica pura (g/10min)

  m

  pura (%) S Desvio Padrão

  RESUMO

  Atualmente, a indústria de refrigeração utiliza a espuma rígida de poliuretano (PUR) como isolante térmico e componente estrutural em portas e gabinetes de refrigeradores e “freezeres”. Grandes volumes de rejeitos da espuma de PUR são gerados na indústria, os quais representam um problema ambiental. A destinação deste resíduo normalmente acontece por meio da deposição em aterro industrial, gerando custos adicionais à indústria, os quais não agregam valor aos seus produtos finais. Algumas tentativas de reaproveitamento deste material estão sendo estudadas, tais como a utilização na fabricação de tijolos, telhas, vasos; confecção de placas de forro com propriedades isolantes; na construção de lajes, etc... O presente trabalho apresenta uma alternativa na reciclagem de espumas rígidas de poliuretano. Foi realizado um estudo da incorporação de resíduos de espuma rígida de poliuretano, preparados a partir da moagem do material, em matriz termoplástica de poliestireno (PS), poliestireno de alto impacto (PSAI) e copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS). A incorporação de PUR em PS, PSAI e ABS foi realizada através da extrusão dos materiais em concentrações mássicas diferentes. Foi possível a incorporação de PUR nas resinas termoplásticas até uma concentração de 0,40 g/g. Os testes laboratoriais foram realizados conforme normas ASTM D1238 (Determinação do Índice de Fluidez - IF) e D638 (Ensaio de Tração). De uma forma geral, o aumento da concentração de PUR nas misturas com as três matrizes termoplásticas reduz a fluidez das respectivas misturas. Foi demonstrada a possibilidade de determinar a viscosidade de um polímero termoplástico a partir de ensaios de Índice de Fluidez, os quais possibilitaram a determinação de segmentos das curvas reológicas das misturas estudadas. Também foram realizadas a determinação e a comparação das propriedades mecânicas

  ABSTRACT

  Nowadays, the refrigeration industry uses the rigid polyurethane foam (PUR) as a thermal insulation and structural component in doors and cabinets of refrigerators and freezers. The waste of PUR generated in the manufacturing represents great volumes, which are considered an environmental problem. Some attempts of recycling this material have already been explored, such as the use in the manufacturing of bricks, roofing tiles, vases; lining confection with isolating properties; in the civil construction, etc... This work presents an alternative for the recycling of rigid polyurethane foam. A study of the incorporation of rigid polyurethane foam residues in thermoplastic matrices of Polystyrene (PS), High Impact Polystyrene (HIPS) and Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) was done. The PUR waste was prepared through the milling of the material. The incorporation of PUR in PS, HIPS and ABS was realized through the extrusion of the materials in different mass concentrations. The laboratorial tests were carried through in agreement with standard norms ASTM D1238 (Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion) and D638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics). The increasing of PUR concentration over the mix with the three termoplastic matrices decreases the Melt Flow Rates of the mixtures. It was showed the possibility to know a thermoplastic polymer viscosity through Melt Flow Tests. Also mechanical properties determination and comparison through tensile test analysis have been carried through: maximum tension and tension of rupture, deformation at the elastic limit and at the rupture and determination of Young´s modulus in function of the mass concentration of PUR in the thermoplastic matrixes.

  INTRODUđấO

  Até a década de 80, a indústria de refrigeração utilizava, em grande escala, a lã de vidro como material isolante na fabricação de portas e gabinetes de refrigeradores e “freezeres” comerciais. Naquela época, a única função deste componente era a isolação térmica. Então ocorreu a necessidade de melhorar a condutividade térmica do material isolante, a qual impulsionou a aplicação da espuma rígida de poliuretano (PUR) como agente isolante e também como componente estrutural de refrigeradores e “freezeres”.

  Atualmente, a indústria de refrigeração tem gerado grandes volumes de rejeitos de espuma rígida de poliuretano em função do controle de qualidade, controle de processo e outros motivos inerentes a este setor industrial. As densidades utilizadas para a aplicação da espuma rígida de poliuretano na refrigeração são relativamente baixas se comparada com outras finalidades, ou seja, para cada metro cúbico do rejeito gerado se têm aproximadamente de 17 a 20 kg de material.

  O procedimento atual utilizado para a destinação dos resíduos em questão é a deposição em aterro industrial. Esta atividade representa custos adicionais a indústria os quais não agregam valor a seus produtos finais. Outras alternativas de destinação destes rejeitos têm sido estudadas. Resíduos de PUR podem ser reutilizados com adição de isocianatos e posterior prensagem em temperaturas elevadas, para a obtenção de placas com aplicações diversas desde assoalho até placas de forro. Outro método é a reciclagem química, denominada glicose primária, onde ocorre a transformação dos produtos reciclados em novas matérias primas [VILAR 2001]. A incorporação dos resíduos de PUR como carga na indústria de construção civil também está sendo estudada, resultando em materiais de baixo peso e com propriedades isolantes, mas com perdas significativas nas também foi estudada, porém apresentando perdas nas propriedades mecânicas e sugerindo a utilização de um agente de compatibilização [BECKER, 2002].

  As alternativas de destinação de resíduos de PUR anteriormente mencionadas, não são utilizadas devido ao alto custo se comparado com a alternativa atualmente utilizada pela indústria de refrigeração, e/ou devido a inviabilização da aplicação técnica. Como a geração de resíduos de poliuretano não é constante, a utilização deste resíduo como matéria prima de uma terceira empresa poderá significar falta de abastecimento da matéria-prima na empresa recicladora. Sendo assim, a alternativa mais coerente para reciclagem da espuma rígida de poliuretano deveria ser um processo no qual os resíduos seriam reutilizados dentro da própria empresa geradora. Este processo deveria ser independente da quantidade de resíduos de poliuretano disponível, capaz de absorver toda a quantidade de resíduo gerado e, até mesmo, possível de ser operado sem o consumo de rejeitos de PUR.

  Seguindo os quesitos apresentados no parágrafo anterior, este trabalho apresenta uma opção para a reciclagem de resíduos de espuma rígida de poliuretano através da moagem, mistura e incorporação dos mesmos em polímeros termoplásticos normalmente reprocessadas dentro das indústrias de refrigeração e reutilizadas como matéria-prima de peças sem exigência específica de cor. Os polímeros termoplásticos utilizados no estudo foram o poliestireno (PS), o poliestireno de alto impacto (PSAI) e o copolímero de acrilonitrina, butadieno e estireno (ABS). A escolha por estes polímeros termoplásticos ocorreu devido a ampla utilização destes commodities na indústria de refrigeração, bem como ao reprocesso destes materiais dentro da própria indústria, visando o reaproveitamento da matéria-prima de peças rejeitadas. Commodities são, por definição, produtos padronizados e não-diferenciados, nos quais o produtor não tem poder de fixar preços, pois a produção é de grande escala e com concorrência mundial [EXAME, 2002].

  Na seqüência deste trabalho são apresentados: a revisão bibliográfica dos assuntos abordados no decorrer da pesquisa realizada, os materiais e procedimentos utilizados, os resultados obtidos através das técnicas empregadas e as respectivas discussões, a conclusão final e as referências bibliográficas pesquisadas para o embasamento teórico desta dissertação.

  Capítulo 1

1. REVISÃO BIBILIOGRÁFICA

  Neste capítulo é apresentada uma revisão bibliográfica sucinta sobre os poliuretanos e seus mercados de uma maneira geral, a espuma rígida de poliuretano (PUR), e alguns estudos realizados para a reciclagem da espuma de PUR. Também são apresentadas as resinas termoplásticas utilizadas no presente trabalho, assim como uma breve revisão sobre reologia e ensaio de tração.

1.1. Poliuretanos

  Poliuretanos podem ser encontrados em todos os lugares, seja na forma de revestimentos e pintura, elastômeros, espumas rígidas isolantes, espumas flexíveis e/ou pele integral. Independente da maneira em que o poliuretano foi transformado, a base química é o resultado dos trabalhos do Prof. Dr. Otto Bayer (1902-1982), o qual é reconhecido como “pai” da indústria do poliuretano pela sua invenção do processo de poliadição básica do diisocianato em 1937.

  O poliuretano foi desenvolvido primeiramente como substituto da borracha no começo da Segunda Guerra Mundial. A versatilidade deste novo polímero orgânico e sua habilidade em substituir materiais escassos, estimulou várias aplicações. Durante a 2ª Guerra Mundial, revestimentos de poliuretano foram usados na fabricação de trajes resistentes ao gás mostarda, acabamento alto-brilho de aviões, e revestimentos com resistência química e anticorrosivo para proteção de metal, madeira e construções.

  No final da guerra, acabamentos de poliuretano foram fabricados e usados em escala industrial de acordo com aplicações específicas. Nos anos 50, poliuretanos já eram

  Os poliuretanos são produzidos pela reação de poliadição de um isocianato (di ou polifuncional) com um poliol e outros reagentes como: agentes de cura ou extensores de cadeia, contendo dois ou mais grupos reativos; catalisadores; agentes de expansão; surfactantes; cargas; agentes antienvelhecimento, corantes e pigmentos, retardantes de chama, desmoldantes, etc. Os isocianatos podem ser aromáticos ou alifáticos. Os compostos hidroxilados podem variar quanto ao peso molecular, natureza química e funcionalidade. Os polióis podem ser poliéteres, poliésteres, ou possuir estrutura hidrocarbônica. A natureza química bem como a funcionalidade dos reagentes deve ser escolhida de acordo com as propriedades finais desejadas. Esta flexibilidade possibilita a obtenção de materiais com diferentes propriedades físicas e químicas, e faz com que os poliuretanos ocupem posição importante no mercado mundial de polímeros sintéticos de alto desempenho [VILAR, 2001].

1.1.1. Mercado

  Na Tabela 1.1 é apresentado a demanda de poliuretanos por região, onde pode-se observar que o mercado de poliuretanos atingia em 2002 um consumo mundial da ordem de 10 milhões de toneladas, com previsão de 11,6 milhões de toneladas, em 2006. O crescimento global está sendo dirigido em grande parte pelas economias asiáticas, porém os maiores consumidores são os mercados tradicionais da Europa e América do Norte [VILAR, 2001].

Tabela 1.1 – Demanda mundial de poliuretanos por região (1000 toneladas) [VILAR, 2001].

  É possível obter muitas variações de produtos pela combinação de diferentes tipos matérias-primas como polióis, isocianatos e aditivos. Centenas de aplicações foram desenvolvidas para atender diversos segmentos de mercado. Na área de espumas flexíveis os poliuretanos se popularizaram nos segmentos de colchões, estofados e assentos automotivos; os semi-rígidos na indústria automotiva na forma de descansa-braços, painéis, pára-choques, etc; os micro-celulares em calçados; e os rígidos no isolamento térmico de refrigeradores, frezeres e caminhões frigoríficos, na construção civil em painéis divisórios, etc. Além destes, temos os poliuretanos sólidos usados como elastômeros, tintas e revestimentos, adesivos e ligantes, fibras, selantes e impermeabilizantes, encapsulamento elétrico, etc. Os poliuretanos nas formas de espumas flexíveis, rígidas, revestimentos, elastômeros, fibras, etc, representam cerca de 20 kg do material usado nos carros de passeio. Os consumos percentuais aproximados, em 2000, nos diferentes segmentos industriais são mostrados na Figura 1.1 [VILAR, 2001].

  A Tabela 1.2 apresenta o consumo de insumos de PUR por habitante em várias regiões. O consumo per capita no Brasil em 2003 foi de 1,44 kg/habitante e segundo a Abiquim, este valor deve ter sido em torno de 1,54 em 2004 [POLIURETANOS, 2004].

Tabela 1.2 – Consumo per capita de insumos de PUR [POLIURETANOS, 2004].

  Região Kg / habitante NAFTA 5,4 Europa 4,5 Japão 4,1 Brasil 1,4 América Latina 1,1 Leste Europeu 0,5 Pacífico 0,5

  No mercado brasileiro, das 255 mil toneladas de poliuretano consumidas em 2003, 54% foram destinadas para a fabricação de espumas flexíveis. As espumas rígidas ocupam a segunda posição com 19% do mercado, utilizando o material em refrigeradores, “freezeres”, câmaras, painéis, telhas e autopeças [POLIURETANOS, 2004].

1.1.2. Espuma rígida de poliuretano (PUR)

  As propriedades térmicas, resistência mecânica e leveza das estruturas sanduíche das espumas rígidas de poliuretano, as torna adequadas a diferentes aplicações. Os sistemas de espumas rígidas de poliuretano são utilizados na fabricação de painéis divisórios, pisos e telhas; no isolamento térmico de refrigeradores, contêineres, frigoríficos, caminhões, vagões, tanques, aquecedores, oleodutos, tubulações, materiais para embalagens; partes de

Tabela 1.3 - Propriedades térmicas de materiais isolantes [VILAR, 2001].

  Densidade Condutividade Térmica a 24ºC Material

  (kg/m3) (W/mK) Espuma rígida de PU expandida com CFC 32 0,017 Poliestireno expandido 16 0,035 Lã-de-vidro 65-160 0,037 Lã-de-rocha 100-300 0,046 Cortiça 220 0,049 Madeira 350-500 0,112

  A espuma rígida de poliuretano tem sido empregada com sucesso como isolante térmico não somente pelos valores extraordinários de isolamento e pela elevada resistência mecânica, mas também pela boa estabilidade dimensional e ainda por poder ser produzida diretamente a partir dos componentes líquidos no próprio local de aplicação.

  A espuma de PUR apresenta propriedades bem definidas. Pode-se obter espumas com resistência e estruturas celulares diversificadas, apenas variando as matérias primas e/ou parâmetros de processo. Pode-se assim obter espumas flexíveis de grande elasticidade, cuja estrutura celular é predominantemente aberta, ou pode-se obter espumas rígidas com paredes celulares sem flexibilidade, sendo as células quase 100% fechadas [MCBRAYER, 1998].

  Conforme a Figura 1.2, a espuma de PUR é obtida basicamente através da reação de polimerização entre o poliol e o isocianato acompanhada pela reação de expansão

  2

  química (entre o isocianato e a água proveniente da resina) que produz CO expandindo a espuma, e pela reação de expansão física proporcionada pelo agente de expansão que expande ainda mais o material [MCBRAYER, 1998; OERTEL, 1993].

  A expansão ocasionada pelo agente de expansão não é tão acentuada como a do CO

  2

  e, portanto, as paredes celulares não se rompem ao endurecer conseguindo-se assim uma espuma com a maior parte das células fechadas. Já a expansão do CO

  2 favorece a

  formação de células abertas devido ao rompimento das paredes no momento do endurecimento da estrutura da espuma, conforme Figura 1.3 [OERTEL, 1993].

  Poliisocianato Água Poliisocianato Dióxido de carbono

  Poliuréia Figura 1.3 – Reação de expansão química do poliuretano [MCBRAYER, 1998].

  Embora a expansão física (proveniente do agente de expansão) proporcione melhores propriedades isolantes e facilite a mistura devido à baixa viscosidade do gás utilizado, a expansão química (proveniente da reação com a água) apresenta melhor fluidez embora deixe a espuma um pouco mais friável.

  A reação de polimerização à temperatura ambiente é lenta por isso é necessária a adição de certos compostos que aceleram a reação (catalisadores). Com a finalidade de evitar a formação irregular de bolhas de gás e conseqüentemente o mal crescimento de espuma, adiciona-se silicone que com sua ação ambiente; pentanos, principalmente no mercado europeu, devido ao seu potencial zero de destruição da camada de ozônio; e/ou pelos HFC’s, principalmente utilizados na América do Norte [VILAR, 2001].

1.1.3. Reciclagem de PUR

  A reciclagem é uma obrigação dos nossos tempos, e os rejeitos de espumas rígidas têm sido reutilizados com adição de MDI e prensagem em temperaturas elevadas, para a obtenção de placas com aplicações diversas, desde assoalho até mobiliário. Outro método é a reciclagem química (glicólise primária). Neste caso ocorre a transformação dos produtos reciclados em novas matérias-primas. Finalmente, a incineração é outro método tecnicamente viável para transformar os rejeitos em energia [VILAR, 2001].

  Os custos de disposição de resíduos em aterro incluem também embalagem, tratamento, transporte, licenciamento ambiental, etc. Além dos custos diretos, existem os custos indiretos, como o desgaste da imagem da empresa devido à sua gestão ambiental ineficiente, que pode levar a confrontos com organizações sociais e perda de consumidores. Esse é um outro fator que pode determinar o interesse por uma tecnologia de reciclagem [DESIMONE, 1998].

  Uma pesquisa realizada pela Associação Brasileira de Empresas de Tratamento de Resíduos (ABETRE) revelou que dos 2,9 milhões de toneladas/ano de resíduos industriais gerados no Brasil, apenas 28% têm destino conhecido, ou seja, são tratados, destinados e dispostos adequadamente, sem causar danos ao meio ambiente. Os outros 72%, tem solução inadequada, o que acaba provocando sérias contaminações no solo e nas águas subterrâneas. Comprovadamente o lixo mal deposto provoca degradação irreversível dos impacto fica por conta das obrigações, dos produtores ou importadores europeus, pelos custos de coleta, tratamento e reciclagem. De acordo com a nova lei, cada um dos 25 países membros da União Européia teria de regulamentar a medida até 13 de agosto 2004 e terá força de lei a partir de agosto de 2005. As penalidades pelo descumprimento serão pesadas, pois a lei determina que as punições desestimulem a prática do ato. Os fornecedores de produtos fabricados localmente e dos importadores da União Européia, procedentes de todas as partes do mundo, terão que atestar a conformidade com a nova legislação, sob pena de não ser admitida sua internalização no território da União Européia. A norma RoHS trata da proibição de uma série de produtos químicos conhecidos pelo potencial de causarem danos à saúde e ao ambiente e entrará em vigor a partir de julho de 2006.

  Para arcar com as responsabilidades, os envolvidos terão de fazer uma provisão de caixa para financiar a coleta e reciclagem ao final do ciclo de vida do produto; informar os clientes quanto ao descarte – inclusive com campanha publicitária; fornecer informação as recicladoras sobre os produtos, conteúdo e tratamento; e fazer a respectiva identificação dos produtos. Os Estados Unidos da América também estão criando normas semelhantes às Européias [PIASKOWY, 2004].

  O conhecimento das propriedades dos resíduos é uma etapa importante do estudo de reutilização. Os resíduos de espuma rígida de poliuretano foram classificados segundo a norma de classificação e caracterização de resíduos ABNT NBR10004 de 1987. Na análise da massa bruta, todos os parâmetros analisados tiveram resultados abaixo dos limites máximos estabelecidos pela norma, como pode ser observado na Tabela 1.4 [CARVALHO, 2004].

Tabela 1.4 - Resultados da análise de massa bruta de resíduos de PUR [CARVALHO, 2004].

  

Ensaio Unidade Limite Máximo Resultado

Arsênio mg/kg 1.000 não detectado (0,00005) Chumbo mg/kg 1.000 5,95

  Cianeto mg/kg 1.000 1,0 Corrosividade não corrosivo Cromo hexavalente mg/kg 100 0,56 Cromo total mg/kg não especificado 2,75

  Fenol total mg/kg 10 não detectado

Inflamabilidade não inflamável

Mercúrio mg/kg 100 0,18 Óleos e graxas % 1% em massa 0,31 pH (1:1) não especificado 6,1 Reatividade não reativo

  Selênio mg/kg não especificado 0,26

  No ensaio de lixiviado, os resultados também estão dentro dos limites estabelecidos por norma, conforme pode ser observado na Tabela 1.5.

Tabela 1.5 – Resultados da análise do ensaio de lixiviação para os resíduos de PUR [CARVALHO, 2004].

  

Ensaio Unidade Limite Máximo Resultado

Arsênio mg/l 5,0 não detectado (0,00005) Bário mg/l 100,0 não detectado (0,05) Cádmio mg/l 0,5 não detectado (0,00001) Chumbo mg/l 5,0 não detectado (0,0001) Cianeto mg/l não especificado 0,126 Cromo hexavalente mg/l não especificado não detectado

  

Cromo total mg/l 5,0 não detectado (0,007)

Fenol mg/l não especificado 0,0034

Fluoreto mg/l 150,0 não detectado

Tabela 1.6 – Resultados da análise de solubilização dos resíduos de poliuretano comparando com padrões de potabilidade [CARVALHO, 2004].

  

Ensaio Unidade Limite Máximo Resultado

Alumínio mg/l 0,2 1,19 Arsênio mg/l 0,05 não detectado (0,00005)

  Bário mg/l 1,0 0,4 Cádmio mg/l 0,005 0,001 Chumbo mg/l 0,05 0,0031 Cianeto mg/l 0,1 0,36

  Cobre mg/l 1 0,089

Cromo total mg/l 0,05 não detectado (0,007)

Dureza (CaCO ) mg/l 500 1,99 3 Fenol mg/l 0,001 0,38 Ferro mg/l 0,3 0,29

  

Fluoreto mg/l 1,5 não detectado

Manganês mg/l 0,1 não detectado (0,04) Mercúrio mg/l 0,001 não detectado (0,00006) Nitrato (Nitrogênio) mg/l

  10 7,14 Prata mg/l 0,05 não detectado (0,007)

Selênio mg/l 0,01 0,0077

Sódio mg/l 200 14,76

  Zinco mg/l 5 0,53

  Sendo assim, os resíduos de espuma rígida de poliuretano são classificados como classe II em função dos parâmetros de alumínio, cianeto e fenol estarem acima do limite de potabilidade [CARVALHO, 2004].

  Estudos da incorporação de PUR em blocos de concreto têm sido realizados. Num estudo onde foram incorporados até 30% de PUR em concreto, foram obtidos resultados interessantes na otimização do peso final do produto (redução de até 54% do peso original) e melhora na condutividade térmica (redução de até 55% em relação ao concreto puro), porém apresentando problemas nas propriedades mecânicas (resistência à compressão sendo então aprovados para fins estruturais. A redução de peso para as amostras com 5% de PUR apresentou uma redução de peso de 11,30% em relação aos blocos de concreto puro. Os resultados obtidos com os experimentos com concreto e resíduos de PUR sugerem o desenvolvimento de melhoramentos no processo de fabricação dos blocos [SILQUEIRA, 2004].

  Também foi estudada a utilização de resíduos de PUR em associação com resíduos sólidos do processo de tratamento de efluentes da indústria têxtil na composição de argamassas para aplicação em revestimentos em chapas metálicas, visando substituir a areia convencionalmente utilizada e obtendo um material cerâmico de baixa densidade, a fim de minimizar os custos de transporte de pias revestidas. O estudo sugere a utilização de um material com 30% de resíduos têxteis e 70% de resíduos de PUR, o qual apresentou uma diminuição de peso na ordem de 30 % e possui características mecânicas inferiores ao material convencional, porém dentro do limite de aprovação [PEREIRA, 2002].

  A incorporação de PUR na resina termoplástica de polipropileno (PP) também já foi estudada com a adição complementar de polipropileno enxertado com anidrido maleico como agente compatibilizante. A incorporação máxima alcançada no estudo foi de 30% de resíduos de PUR na matriz termoplástica. A incorporação de PUR conferiu características frágeis as misturas, diminuindo significamente a deformação na ruptura em relação ao PP puro. A presença do agente compatibilizante aumentou a tensão de ruptura, deixando-a próxima ao valor para o PP puro, aumentou o módulo de elasticidade e diminuiu ainda mais a deformação na ruptura, deixando a mistura com características ainda mais frágeis do que a mistura PP mais PUR [BECKER, 2002].

1.2. Resinas termoplásticas utilizadas no trabalho

  com borracha de polibutadieno para aumentar a resistência ao impacto [CROMEXBRANCOLOR, 2004].

  O copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS) é um copolímero composto de três comonômeros diferentes (acrilonitrila, butadieno e estireno) que contribuem, separadamente para as propriedades que o material exibe. Os componentes do polímero possuem diferentes composições químicas e co-existem em duas fases separadas cuja compatibilidade é controlada pela sua estrutura e microestrutura química. Em todos os modelos químicos de ABS, a fase continua (matriz) consiste no copolímero de estireno (ou alquilestireno) e acrilonitrila (SAN). Um elastômero baseado no butadieno forma a fase dispersa.

  Através do balanceamento destes três componentes, obtém-se excelentes relações custo/performance, tornando-os capazes de atender grande variedade de mercado. Devido a elevada energia de coesão e do parâmetro de solubilidade da poliacrilamida, aumentando-se a concentração deste componente ocorrerá uma melhora nas propriedades térmicas e químicas do ABS resultante. Por outro lado, esta melhoria virá em detrimento da processabilidade. Assim, o teor de acrilonitrila nos polímeros comerciais gira em torno de 20 a 30% [GEPSA, 2004].

  A rigidez molecular do poliestireno proveniente do anel benzênico pendente à cadeia principal é responsável pelo módulo de flexão do ABS. Entretanto, o estireno sofre reações de cloração, hidrogenação, nitração e sulfonação com relativa facilidade. Os efeitos destas reações são a degradação e a descoloração, sendo este um dos motivos da dificuldade em se produzir ABS anti-chama através de aditivos clorados. Finalmente temos butadieno que exerce uma forte influência na resistência ao impacto do ABS.

  Para se conseguir produtos de alto impacto há a necessidade de se incorporar ao aromáticos, cetonas, gasolina, são compatíveis com alcoóis, sais e bases, quando estes estão em baixas concentrações [GEPSA, 2004].

1.3. Reologia

  Reologia é a ciência que estuda o fluxo e a deformação da matéria, seja no estado líquido, gasoso ou no sólido, através da análise dos efeitos em um material submetido a uma tensão ou uma deformação [BRETAS, 2000]. Aplicada aos polímeros, a reologia estuda as propriedades e o comportamento viscoso dos polímeros fundidos ou em solução, descrevendo o comportamento físico do escoamento através de correlações entre a tensão de cisalhamento, taxa de cisalhamento, viscosidade, temperatura, tempo e demais parâmetros [HERRMANN, 2001].

  Um determinado fluido que apresenta uma relação tensão / taxa de deformação constante, independente da deformação e do tempo, é denominado fluido Newtoniano. Já os polímeros fundidos, em sua grande maioria, são fluidos não newtonianos, devido a variação da relação entre tensão e taxa de deformação. Sendo que esta relação ainda depende da intensidade e tipo de deformação, do tempo e das deformações sofridas anteriormente.

  Para determinar as condições ideais de processamento, é necessário conhecer as propriedades reológicas do polímero alvo, que também influenciam nas propriedades mecânicas, ópticas e elétricas do produto final. Com o uso de equações de estado adequadas é possível, então modelar matematicamente e simular todo o processo de transformação de um polímero. Sendo assim, o estudo do comportamento reológico de materiais poliméricos permite a caracterização através do peso molecular e ramificações; a necessário solucionar simultaneamente as equações de conservação e as equações reológicas de estado [BRETAS, 2000].

  A Figura 1.4 apresenta o comportamento típico dos polímeros fundidos, onde a viscosidade (η) é um função da taxa de cisalhamento ( γ ). Na mesma figura pode-se observar as taxas de cisalhamento de alguns processos de transformação de polímeros e a sua relação com a viscosidade.

  Através do escoamento com taxas de cisalhamento baixas ou extremamente elevadas, os polímeros fundidos apresentam comportamento Newtoniano. A viscosidade quantifica a resistência ao escoamento do material, ou seja, quanto maior a viscosidade maior será a resistência deste material ao escoamento.

Figura 1.4 – Curva típica de viscosidade versus taxa de cisalhamento para um polímero

  No caso dos fluídos não-newtonianos, a viscosidade é chamada de viscosidade aparente, pois depende da taxa de cisalhamento aparente [HERRMANN, 2001]. A tensão de cisalhamento pode ser descrita como a resistência intrínseca do material, a qual é imposta quanto o mesmo é submetido a um escoamento. A Figura 1.5 apresenta um canal circular de raio R e um comprimento L, onde um fluido atinge um escoamento completamente desenvolvido. Um gradiente de pressão ∆P é imposto sobre o fluido, considera-se fluxo incompreensível e que o material flui dentro do canal na direção perpendicular à seção transversal do tubo. Sendo assim, pode-se determinar a tensão de cisalhamento através de simplificações na equação de conservação da quantidade de movimento, pois somente a componente na direção z é diferente de zero. [GROUPE FRANCAIS D’ESTUDES ET D’APLICATIONS DES POLYMÈRES – GFP; SORS; DETERRE, 1997; HERRMANN, 2001; BRETAS, 2000].

Figura 1.5 – Fluxo de pressão através de um canal de seção circular de raio R e comprimento L [BRETAS, 2000].

  Conforme deduções expressas nas literaturas tem-se a seguinte equação que

  Considerando a Figura 1.5, pode-se obter a taxa de cisalhamento através da vazão, a qual é dada pela integral da velocidade multiplicada pela área da seção transversal do tubo. Sendo assim, se obtém a equação (1.3) que descreve a taxa de cisalhamento aparente ( γ ) a [DEALY, 1982], sendo esta válida para fluidos Newtonianos e não-Newtonianos, porém apenas para escoamentos com viscosidade constante transversal [HERRMANN, 2000].

  4 . Q γ = (1.3) a 3

  π . R A Figura 1.6 representa as linhas de fluxo de um fluido Newtoniano (a) e de um polímero (b). Observa-se a formação de vórtices no fluxo do polímero, o quê não é verificado para o fluxo Newtoniano. Além do fluxo Newtoniano, a formação de vórtices depende de outros fatores, tal como o tipo de polímero, ramificado (apresenta vórtices) versus linear (sem vórtices). Perdas de carga na região de entrada do capilar são provocadas pelo aparecimento de vórtices. Sendo que esta perda de carga na entrada pode ser associada à elasticidade do material polimérico e aos gradientes de deformação elongacional que ocorrem na entrada do capilar. Pode-se citar os polímeros LDPE e PS que apresentam vórtices e o HDPE, PP e PVC que não apresentam. fenômenos ocorrem em função da quebra e/ou formação de aglomerados, ligações químicas e físicas das macromoléculas, dentre outras razões.

  A Figura 1.7 apresenta o comportamento típico dos materiais tixotrópicos e reopéxicos.

Figura 1.7 – Curvas-padrão de viscosidade versus tempo a uma taxa de cisalhamento constante [BRETAS, 2000].

  Os materiais fluidos podem ser classificados em função do seu comportamento em relação alguma propriedade reológica, como a viscosidade. Um comportamento dilatante ocorre quando a viscosidade do polímero aumenta com γ . Se a viscosidade diminui com a taxa de cisalhamento, o comportamento é chamado de pseudoplástico. Sendo assim, os termos: fluido pseudoplástico, dilatante e Newtoniano são indicados Figura 1.8 [BRETAS, 2000].

Figura 1.8 – Relações entre viscosidade e taxa de cisalhamento em polímeros [BRETAS, 2000].

  Reometria é o conjunto de procedimentos e ensaios que visam determinar as propriedades reológicas dos materiais em laboratório. O reômetro capilar apresenta geometria controlável, ou seja, as tensões ou deformações impostas ao material dentro do capilar serão sempre as mesmas, independente do tipo de material.

  Na reometria capilar utiliza-se uma matriz ou capilar de raio pequeno visando a minimização dos efeitos de aquecimento por dissipação viscosa e efeitos inerciais. O fluxo capilar longe da entrada está totalmente desenvolvido, as linhas de fluxo são sempre paralelas ao eixo do tubo e o perfil de velocidades depende do comportamento reológico do fluido. A reometria capilar possue algumas limitações, tais como: taxas de cisalhamento

  • 1

  médias e elevadas, ou seja acima de 10 s ; aquecimento viscoso, dependência da viscosidade à pressão, efeitos na entrada do capilar e outras instabilidades de fluxo

Figura 1.9 – Esquema de um reômetro capilar [BRETAS, 2000].

  A Figura 1.10 apresenta um gráfico com as curvas tensão versus taxa de cisalhamento de fluidos Newtonianos, não-Newtonianos que seguem a lei de potências e também os que não seguem. pressão é válida quando o fluido é Newtoniano, de baixo peso molecular, o qual apresenta fluxo totalmente desenvolvido e não apresenta vórtices na entrada do capilar. Porém, conforme é mostrado pela Figura 1.11, é observado uma queda na pressão da entrada do capilar durante a medição das propriedades reológicas de polímeros fundidos.

Figura 1.11 – Esquema da pressão através de um capilar [BRETAS, 2000].

  Na entrada do capilar onde z é igual a zero, a pressão é menor que a pressão (P B ) para fluidos não-Newtonianos. Então pode-se corrigir esta diferença através da correção de Bagley expressa através da equação (1.4), a qual considera o comprimento do capilar necessário para obter um fluxo plenamente desenvolvido.

  P . R ∆ c

  τ = (1.4) 2 . ( L e . R )

  • c c

Figura 1.12 – Gráfico para a determinação da correção de Bagley [BRETAS, 2000].

  Além do tipo de fluxo, peso molecular e demais características próprias de cada material, a temperatura e pressão também influenciam nas propriedades reológicas de um dado material. A Figura 1.13 apresenta um gráfico com as curvas de viscosidade versus taxa de cisalhamento para PS em diferentes pressões e temperaturas. Sendo que o mesmo comportamento foi observado para o ABS [KADIJK, 1994].

  Pode-se notar que a medida que a pressão aumenta a uma mesma temperatura, a viscosidade se eleva. Sendo que, com o aumento da temperatura a uma mesma pressão, a viscosidade também aumenta.

  As curvas PVT representam a relação da pressão, volume e temperatura dos materiais. O processo de injeção de polímeros termoplásticos ocorre a temperaturas elevadas, acima da temperatura de fusão ( ) Τ para os semi cristalinos ou acima da f Τ para os polímeros amorfos [HERRMANN, 2000]. temperatura de transição vitrosa ( ) g

  A Figura 1.14 apresenta um esquema de uma máquina injetora, mostrando o funil ou barril de alimentação, a rosca ou parafuso recíproco, o reservatório e a cavidade envolvida pelo molde de injeção.

Figura 1.14 – Esquema de uma injetora [BRETAS, 2000].

  O processo de moldagem por injeção envolve basicamente quatro etapas: plastificação, preenchimento, empacotamento e resfriamento. A plastificação ocorre sob a ação da temperatura e durante o transporte do material do barril de alimentação até o reservatório através do parafuso recíproco. Nesta etapa a temperatura é fundamental para a fundir o material termoplástico, diminuindo sua viscosidade. O preenchimento ocorre no momento em que o parafuso funciona como um pistão injetando o material fundido para dentro da cavidade do molde. Nesta etapa a vazão de injeção aumenta a taxa de a vazão parte de um valor máximo e decresce a medida que a cavidade está sendo completada com material até o estado de não fluxo.

Figura 1.15 – Pressão e vazão na cavidade em função do tempo para o ciclo de moldagem por injeção [BRETAS, 2000].

1.4. Ensaio de Tração

  Dentre várias propriedades mecânicas de materiais plásticos, as propriedades determinadas a partir do ensaio de tensão / deformação são provavelmente as mais avaliadas e utilizadas nas indústrias.

  O ensaio de tração consiste um submeter um material a um esforço que tende a alongá-lo, pois a aplicação de uma força num corpo sólido promove uma deformação do material na direção do esforço. Os corpos de prova submetidos ao ensaio são geralmente padronizados para que os resultados obtidos possam ser reproduzidos e/ou comparados. O corpo de prova (CP) é fixado numa máquina que aplica forças nas extremidades do CP, fazendo com que o material se deforme no sentido da aplicação das forças de tração. As variação é determinada pela curva tensão-deformação, a qual pode ser obtida diretamente pela máquina ou por pontos.

  No início do ensaio grandes erros podem ser cometidos, portanto deve-se fixar corretamente o CP nas garras da máquina visando evitar escorregamentos, assim como a colocação do extensômetro ao corpo de prova. A precisão do ensaio de tração está diretamente ligada aos aparelhos de medida de que se dispõe, bem como a calibração e aferição dos mesmos.

  As associações de normas técnicas geralmente estipulam as velocidades de ensaio para cada tipo de material, porém estas velocidades podem ser alteradas quando se realiza um ensaio de tração para fins de estudo. A velocidade do ensaio é muito importante pois esta influencia os resultados numéricos de propriedades mecânicas obtidos através do ensaio de tração.

  No ensaio de tração, a tensão é definida como a resistência interna de um corpo sólido a uma força externa aplicada sobre o mesmo, por unidade de área. A deformação é a variação da dimensão do corpo sólido paralela a força aplicada, por unidade da mesma dimensão.

  Conforme o método de Ludwik, a tensão real (σ r ) pode ser definida pela equação (1.5), onde (F i ) indica uma força aplicada a qualquer instante e (A i ) a área da secção transversal do corpo de prova no mesmo instante. A tensão tem a dimensão de força por unidade de área.

  F i σ = r (1.5)

  A i L

  dL L i δ = = ln (1.6) L o L L i o

  O ensaio de tração real acima mencionado, é mais trabalhoso de se realizar e requer equipamentos específicos (medição da área instantânea da secção do corpo de prova durante o ensaio) [SOUZA, 1982]. E como as curvas tensão-deformação usualmente encontradas na literatura são provenientes de ensaios de tração convencional, adotamos neste trabalho esta última metodologia, a qual calcula a tensão (σ) através da divisão da força (F i ) pela área inicial (A o ) da secção transversal do corpo de prova, através da equação (1.7).

  F i σ = (1.7)

  A o Também considerando o ensaio de tração convencional, a deformação (ε) é determinada através da equação (1.8).

  L − L i o ε = (1.8)

  L o Normalmente a relação entre as medidas de tensão e deformação normalmente é constante até atingir um determinado ponto chamado de limite de elástico, o qual é definido como a maior tensão que o material pode ser submetido sem deixar qualquer

  Tensão Módulo de Young Deformação

Figura 1.16 – Curva típica tensão-deformação apresentando o módulo de elasticidade [DOW, 2004].

  A Figura 1.17 apresenta uma curva típica tensão-deformação de uma polímero termoplástico dúctil, onde pode-se observar a região plástica no início da curva até a tensão máxima antes do material começar a escoar. Então inicia-se a região plástica até o rompimento do espécime [BROWN, 1988; DOW, 2004].

  Tensão na Ruptura Limite Elástico Ponto de Ruptura Região Elástica Tensão

  − ( L L ) i o

  A = . 100 (1.10) L L o

  Os corpos de prova devem ser escolhidos em função do material a ser ensaiado e de acordo com as normas relativas ao ensaio de tração. O valor do Módulo de Elasticidade representa a rigidez do material. Quanto maior o módulo, menor será a deformação elástica resultante da aplicação de uma tensão, e mais rígido será o material ensaiado [SOUZA, 1982].

  O formato da curva tensão-deformação dá uma idéia do comportamento do material estudado. Um material duro e frágil apresenta uma inclinação bem acentuada e a ruptura ocorre com uma pequena deformação e sem região plástica. Por outro lado, um material mole e tenaz apresenta uma leve inclinação e uma elevada deformação até atingir a ruptura.

  As curvas de tensão-deformação também apresentam a tenacidade do material, a qual pode ser calculada através da determinação da área abaixo da curva [DOW, 2004]. A Figura 1.18 apresenta algumas curvas típicas tensão-deformação dos polímeros

  Policarbonato (PC), Copolímero de Acrinonitrila, butadieno e Estireno (ABS) e Poliestireno de alto Impacto (HIPS). Os gráficos da esquerda apresentam as curvas até o momento da ruptura e os gráficos da direita apresentam as mesmas curvas, porém com escala máxima do eixo das abscissas igual a 5% de alongamento.

Figura 1.18 – Curvas típicas tensão-deformação do PC, ABS e HIPS [DOW, 2004].

  A temperatura exerce grande efeito em todas as propriedades obtidas a partir do ensaio de tração. Um mesmo polímero pode apresentar diferentes curvas de tensão- deformação para diferentes temperaturas. Com o aumento da temperatura, a tensão de

  PC Deformação %

  T en sã o (M P a)

  PC (deformação de 5%) Deformação %

  T en sã o (M P a)

  ABS Deformação %

  T en sã o (M P a)

  ABS (deformação de 5%) Deformação %

  T en sã o (M P a)

  PSAI Deformação %

  T en sã o (M P a)

  PSAI (deformação de 5%) Deformação %

  T en sã o (M P a) 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100

  27,6 0 10 20 30 40 50 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 20,7 13,8 6,9 27,6 20,7 13,8 6,9 27,6 20,7 13,8 6,9 34,5 27,6 20,7 13,8 6,9 34,5 27,6 55,2 13,8 41,4 27,6 55,2 13,8 41,4 estrutura e afetam as propriedades mecânicas, embora exerçam pouco efeito sobre o módulo de elasticidade.

  A resistência dos polímeros é fortemente influenciada pelo emaranhamento das cadeias. Uma vez que os polímeros ramificados encontram-se menos emaranhados do que os polímeros lineares de mesma massa molecular, a resistência e o alongamento de ruptura são menores para os polímeros ramificados.

  No caso de polímeros semicristalinos como o polietileno e o polipropileno, a dependência das propriedades de tensão deformação em relação a massa molecular tende a ser menos aparente porque os cristalitos tendem a manter o material junto, da mesma forma que o emaranhamento. A dependência das propriedades com a massa molecular apresenta uma diminuição no grau de cristalinidade quando a massa molecular aumenta. Assim para temperaturas acima da T g o aumento da massa molecular causa um aumento na tenacidade do material. Por outro lado, polímeros com baixa massa molecular tendem a concentrar-se no cristal dificultando o emaranhamento na fase amorfa, tornando o polímero mais frágil e menos resistente [DUEK, 1996].

  A velocidade de deformação ou velocidade de distanciamento das garras no ensaio de tração afeta o escoamento do material, fazendo com que se observe tensões de escoamento maiores, quanto maior for a velocidade de deformação [SOUZA, 1982].

  Para se determinar ao final da zona elástica do material através do limite elástico e do limite de proporcionalidade, pode ser realizado carregamentos e descarregamentos sucessivos sobre o espécime até que seja alcançada uma carga onde se possa observar uma deformação permanente, no caso do limite elástico, ou uma tensão onde a deformação deixa de ser proporcional a mesma, no caso de limite de proporcionalidade. Este processo é muito trabalhoso e não faz parte dos metidos convencionais de ensaios de rotina.

  Em 1939, Johnson apresentou um método relativamente fácil para a determinação de um ponto na curva tensão-deformação, chamado de limite elástico ou de limite de proporcionalidade o qual está representado por A na Figura 1.19. Este ponto representa o momento em que o material sob tração passa a não apresentar uma relação entre a tensão e a deformação. Para determinar o ponto A, traça-se uma reta fora da curva FD , onde FE é igual a 2 vezes ED. Sendo que o ponto E deve estar sobre a continuação da reta da zona elástica. Então se traça a reta OD e se determina a tangente a curva através de uma reta MN paralela à reta OD. Este método é mais utilizado para materiais metálicos [SOUZA, 1982].

  F E D N B

  o sã en T

  A M O Deformação

Figura 1.19 – Determinação do módulo de elasticidade através do método de Johnson

  Capítulo 2

2. MATERIAIS E MÉTODOS

  Neste capítulo estão descritos os materiais e métodos utilizados no desenvolvimento deste trabalho.

2.1. Materiais

  No presente estudo foram empregados três resinas termoplásticas comerciais diferentes e um polímero termofixo na forma de resíduo industrial proveniente de espuma rígida de poliuretano.

  2.1.1. Poliestireno

  Foi utilizado o poliestireno (PS) fabricado pela INNOVA sob o nome comercial N2560. Material este adequado para moldagem por injeção de peças técnicas e indicado no processo de extrusão-termoformagem in-line de embalagens descartáveis para produtos alimentícios. Segue algumas características fornecidas pelo fabricante: massa específica igual a 1,05 g/cm³; absorção de água < 0,1; Índice de Fluidez (200°C, 5 kg) igual a 4 g/10min; resistência à tração na ruptura igual a 45 MPa; elongação na ruptura igual a 2 %; módulo elástico por tração igual a 3.250 MPa (todas a +/- 23°C). O material foi utilizado sob a forma de granulado.

  2.1.2. Poliestireno de alto impacto

  2.1.3. Copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno

  Também foi utilizado o copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS) fabricado pela a BAYER com o nome comercial Lustran ABS / Novodur M202AS e fornecido na forma de granulado. Este ABS é indicado para moldagem por injeção e as seguintes características são fornecidas pelo fabricante: massa específica igual a 1,05 g/cm³; Índice de Fluidez (220°C, 10 kg) igual a 32 g/10min; resistência à tração máxima igual a 44 MPa; elongação na tensão máxima igual a 2,4 %; elongação na ruptura maior que 15 %; módulo de elasticidade igual a 2300 MPa (todas a +/- 23°C).

  2.1.4. Resíduos industriais de espuma rígida de poliuretano

  Foram utilizados resíduos de espuma rígida de poliuretano (PUR), polímero termofixo utilizado como isolante térmico e componente estrutural em refrigeradores e “freezeres”. As espumas de poliuretano utilizadas foram obtidas da reação entre um diisocianato de difenilmetano (MDI) da Bayer com resinas pré-formuladas da Dow e Bayer, utilizando HCFC141b e Ciclo-isopentano como agentes de expansão. Os resíduos destes materiais foram fornecidos pela Multibrás S.A. Eletrodomésticos. Sendo que os mesmos foram moídos em um trado de alimentos de Marca Trapp e peneirados, malha 2 x 2 mm.

2.2. Métodos

  Procurou-se seguir as normas técnicas conhecidas para cada ensaio realizado, mássicas de PUR (C PUR ) na matriz termoplástica: 0,05; 0,10; 0,15; 0,22; 0,30 e 0,40 gramas de PUR por grama da mistura. Todas as concentrações de PUR acima mencionadas, foram calculadas conforme a equação (2.1) , onde m PUR indica a massa de poliuretano na mistura e m mat é a massa da matriz termoplástica utilizada na mistura. m PUR

  C PUR = (2.1) m m + PUR mat

  Na dosagem mássica dos materiais foi utilizada uma balança TOLEDO Modelo 2090 com capacidade máxima de 10 kg e mínima de 25 g. Foram preparadas as misturas ABS/PUR, PSAI/PUR e PS/PUR. Os materiais previamente preparados foram misturados mecanicamente e termicamente através do processo de extrusão, utilizando uma extrusora monorosca MIOTTO com capacidade de 100 kg/h de PS, relação comprimento / diâmetro igual a 30, diâmetro da rosca igual a 75 mm, com 5 zonas de aquecimento e equipada com um cabeçote para extrusão de fio para peletização do tipo em linha com regulador de vazão individual dos 20 furos (Figura 2.2). Foi empregada a velocidade de 100 rpm e seguintes temperaturas: zona 1 igual a 180°C, zona 2 igual a 190°C, zona 3 igual a 210°C, zona 4 igual a 220°C, zona 5 igual a 240°C e cabeçote igual a 250°C.

  Antes de iniciar os experimentos de incorporação do PUR, foi realizado a limpeza do filtro magnético (Figura 2.1), a tela do cabeçote da extrusora foi retirada para evitar entupimento por parte do poliuretano e foram processadas as resinas puras na extrusora utilizada, antes da incorporação de PUR em cada matriz termoplástica, com o objetivo de limpar a rosca da extrusora e evitar contaminações no material processado.

Figura 2.1 – Filtro magnético da extrusora MIOTTO.

  A matriz termoplástica e o PUR moído foram inseridos ao funil da extrusora gradativamente visando evitar o deslocamento prematuro dos granulados do termoplástico antes do PUR devido a grande diferença na densidade aparente entre ambos os materiais. A calha de água de resfriamento foi seca (Figura 2.2), pois as misturas processadas não formam fio de maneira satisfatória e porque o material resultante da primeira extrusão foi novamente processado após resfriamento e moagem. E ainda foram utilizadas chapas de metal para acondicionar o material processado em uma grande superfície, visando diminuir o tempo de resfriamento e a sobreposição dos fios, o quê dificulta a moagem.

  A Figura 2.2 apresenta a extrusora MIOTTO utilizada na incorporação do PUR nas resinas termoplásticas. O material que estava sendo processado no momento da captura da

  PUR Figura 2.3 – Extrudado de PS com C igual a 0,10 g/g. PUR

  A partir de 0,15 g/g de C , a incorporação de PUR na matriz termoplástica se torna mais difícil, pois para a mesma massa, o volume aparente do PUR moído é aproximadamente 16 vezes maior que o volume aparente dos granulados das resinas utilizadas. Sendo assim, foi realizada a incorporação de PUR em mais etapas para obter as concentrações de 0,22; 0,30 e 0,40 g/g. Ou seja, para gerar as concentrações de PUR iguais a 0,22 e 0,30 g/g, foi incorporado mais poliuretano sobre o material já processado e com concentração igual a 0,15 g/g. No caso da C PUR igual a 0,40 g/g, foi adicionado mais PUR sobre a mistura de 0,30 g/g, a qual foi obtida do processo acima mencionado.

  A Figura 2.4 mostra a mistura PS com C PUR igual a 0,40 g/g, material este

  

PUR

Figura 2.4 – Mistura granulada de PS com C igual a 0,40 g/g.

2.2.2. Ensaio de determinação do Índice de Fluidez Todas as misturas foram submetidas à secagem em estufa a 80°C durante 3 horas.

  Utilizou-se uma estufa DRIER com recirculação de ar. O plastômetro foi ligado no mínimo 1 hora antes dos ensaios. A temperatura de 220 °C foi utilizada para os ensaios com as misturas ABS/PUR, e a temperatura de 200 °C para as misturas PSAI/PUR e PS/PUR. O reservatório do plastômetro foi abastecido em menos de 1 minuto e o tempo de pré- aquecimento foi de 7 minutos para todos os materiais ensaiados. As massas de carga empregadas nos ensaios foram de: 2.123,82; 3.773,00; 4.966,58; 6.800,40; 8.449,58; 10.017,01 e 11.773,83 gramas, considerando a massa do pistão. Os tempos de corte foram determinados em função da vazão mássica de cada material e as amostras foram coletadas do tempo previamente parametrizado no contador; um mecanismo automático de corte do extrudado conforme o tempo selecionado no aparelho; e demais partes previstas em norma [ASTM D1238-99].

  A Figura 2.6 apresenta as amostras extrudadas da mistura PS/PUR nas concentrações de 0,00; 0,05; 0,10; 0,15; 0,22; 0,30 e 0,40 g/g. Pode-se observar que a cor a mistura se altera a medida que se aumenta a C PUR .

  C = 0,00 g/g 0,05 g/g 0,10 g/g 0,15 g/g 0,22 g/g 0,30 g/g 0,40 g/g Figura 2.6 – Amostras das misturas PS/PUR extrudadas no plastômetro.

2.2.3. Injeção dos corpos de prova para ensaio de tração

  As misturas foram submetidas ao processo de secagem à 80°C durante 2 a 3 horas antecedentes ao processo de injeção. Os corpos de prova (CPs) do ensaio de tração foram moldados por injeção em uma injetora BATTENFELD com força de fechamento igual a 140 ton e capacidade de dosagem igual a 125 g de PS. As temperaturas utilizadas foram: zona 1 igual a 200°C;

Tabela 2.1 – Parâmetros de injeção dos corpos de prova para ensaio de tração

  PS PSAI ABS Tempo de Injeção (s)

  5

  5

  5 75-80 60-75 50-65

  Pressão de Injeção (bar)

  2

  2

  2 Tempo de recalque (s)

  15

  15

  15 Pressão de Recalque (bar)

  35

  35

  35 Tempo de resfriamento (s) A Figura 2.7 mostra a injetora utilizada para fabricar os corpos de prova para o ensaio de tração.

Figura 2.7 – Injetora de termoplásticos BATTENFELD.

  C (g/g) PUR ABS PSAI PS 0,40 0,00

Figura 2.8 – Corpos de prova de tração das misturas PS/PUR, PSAI/PUR e ABS/PUR, com diferentes concentrações de PUR.

  2.2.4. Ensaio de determinação da massa específica

  Foram determinadas as massas específicas das misturas com diferentes concentrações de PUR conforme norma ASTM D792-86 (Specific Gravity (Relative

  Density) and Density of Plastics by Displacement

  ) [ASTM D792-86]. Os resultados foram utilizados nos cálculos dos parâmetros reológicos no Capítulo 3 item 3.1. Para realizar as medidas de massa foi utilizada uma balança SARTORIUS ANALYTIC A200S com capacidade máxima de 200 g e resolução de 0,0001 g. E para as medidas de volume foi usado uma balança METTLER TOLEDO PZ70001-F com capacidade máxima de 7 kg e resolução de 0,01 g.

  2.2.5. Ensaio de tração

  A Figura 2.9 mostra a máquina universal de ensaios que foi utilizada nos ensaios de tração.

Figura 2.9 – Máquina universal de ensaios MTS Sintech 10/D.

  Capítulo 3

3. RESULTADOS E INTERPRETAđỏES

3.1. Ensaio de determinação de Índice de Fluidez

  O Índice de Fluidez (IF) citado no texto refere-se ao valor obtido através dos procedimentos normalizados através da norma ASTM D1238-99. O Índice de Fluidez Modificado (IF m ) é a vazão mássica determinada no momento em que o êmbolo aproxima-se do final do curso dentro do reservatório do plastômetro.

  m

  O IF e o IF são determinados no mesmo ensaio experimental. Os ensaios foram realizados com as três resinas termoplásticas puras: copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS), poliestireno de alto impacto (PSAI) e poliestireno (PS); e também para suas respectivas misturas com resíduos de espuma rígida de poliuretano (PUR).

  Os ensaios foram realizados seguindo a norma ASTM D1238-99 (Standard Test

  Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer

  ) [ASTM D1238- 99].

3.1.1. Determinação do IF e IFm para o ABS puro e misturas com PUR

  Foi realizada a determinação do IF e do IF m para o ABS puro e suas demais misturas com PUR. Na Tabela 3.1 são apresentados os resultados dos ensaios realizados para a determinação da vazão mássica e IF do ABS puro. O IF, para cada massa de carga, está indicado no início da respectiva linha de dados e o valor está em itálico. A última medida normalmente não é inteira, visto que o aparelho de Índice de Fluidez ou plastômetro realiza

Tabela 3.1 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para o ABS puro.

  8 40 0,3830 5,7701 4.966,58 1 30 0,4538 9,0760 228

  18

  8 30 0,5193 10,3860

  48

  7 30 0,5019 10,0380

  78

  6 30 0,4941 9,8820

  IF =>

  5 30 0,4855 9,7100 108

  4 30 0,4790 9,5800 138

  3 30 0,4741 9,4820 168

  2 30 0,4669 9,3380 198

  40

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 2.123,82 1 120 0,4323 2,1615 1.244 2 120 0,4151 2,0755 1.124

  7 60 0,5752 5,7520

  6 60 0,5734 5,7340 100

  IF =>

  5 60 0,5768 5,7680 160

  4 60 0,5649 5,6490 220

  3 60 0,5607 5,6070 280

  2 60 0,5727 5,7270 340

  12 44 0,1534 2,0760 3.773,00 1 60 0,5671 5,6710 400

  44

  IF => 9 120 0,4192 2,0960 284 10 120 0,4190 2,0950 164

11 120 0,4171 2,0855

  3 120 0,4055 2,0275 1.004 4 120 0,3977 1,9885 884 5 120 0,3937 1,9685 764 6 120 0,3921 1,9605 644 7 120 0,4020 2,0100 524 8 120 0,4130 2,0650 404

  9 18 0,3218 10,7461 Continuação da Tabela 3.1

  6.800,40

  6 10 0,5802 34,8120

  9

  9 9 0,4142 26,4552 10.017,01 1 10 0,5135 30,8100

  67

  2 10 0,5427 32,5620

  57

  3 10 0,5560 33,3600

  47

  4 10 0,5598 33,5880

  37

  5 10 0,5739 34,4340

  27 IF =>

  17

  19

  7 10 0,5891 35,3460

  7

  8 7 0,3983 35,8882 11.773,83 1 10 0,7353 44,1180

  39

  2 10 0,7616 45,6960

  29

  3 10 0,7867 47,2020

  19 IF =>

  4 10 0,8038 48,2280

  9

  5 9 0,7776 49,2763

  8 10 0,4380 26,2800

  7 10 0,4351 26,1060

  1 15 0,3952 15,8080 131

  26

  2 15 0,4082 16,3280 116

  3 15 0,4129 16,5160 101

  4 15 0,4151 16,6040

  86

  5 15 0,4182 16,7280

  71

  6 15 0,4279 17,1160

  56 IF =>

  7 15 0,4339 17,3560

  41

  8 15 0,4382 17,5280

  9 15 0,4424 17,6960

  29

  11

  10 11 0,3130 17,8656 8.449,58 1 10 0,3963 23,7780

  79

  2 10 0,4059 24,3540

  69

  3 10 0,4136 24,8160

  59

  4 10 0,4164 24,9840

  49

  5 10 0,4243 25,4580

  39 IF =>

  6 10 0,4301 25,8060

  Durante os ensaios de determinação da vazão mássica e IF, foi observado que os

  Procurando eliminar os efeitos devido ao atrito do êmbolo e da perda de carga devido ao fluxo no reservatório, foram calculadas para cada ensaio o tempo decrescente de execução. Desta forma pode-se determinar a vazão mássica mais próxima do final de curso do êmbolo dentro do reservatório. A partir da Tabela 3.1, foram obtidos os conjuntos de pontos da Figura 3.1. Estes pontos representam a variação da vazão mássica do ABS puro em função da massa da carga utilizada e do tempo decrescente de execução do ensaio. Está evidente, principalmente nos experimentos indicados na parte superior do gráfico, que a variação da vazão mássica em função do tempo e/ou posição do êmbolo é acentuada [BOM, 2005].

  5

  10

  15

  20

  25

  30

  35

  40

  45

  50 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

  V az ão M ás si ca ( g/

  10 m in )

  2.123,82 3.773,00 4.966,58 6.800,40 8.449,58 10.017,01 11.773,83

  Massa da Carga (g) Desta forma foram obtidas as equações lineares para cada conjunto de pontos, as quais são representadas na Figura 3.2. Pode-se observar que a vazão mássica aumenta à medida que o êmbolo se aproxima do final do reservatório. A partir da interpolação das retas foi possível determinar os valores do IF m para cada caso sem efeito do atrito e da perda devido ao fluxo no reservatório. Entretanto, este procedimento não elimina de forma alguma os efeitos da perda de carga na entrada do capilar. O valor do IF m determinado para o ABS puro é igual a 35,7470 g/10min e o IF foi de 34,8120 g/10min (ensaio realizado com massa da carga de 10.017,01g e 220°C). E o valor do Índice de Fluidez indicado pelo fabricante é de 32 cm³/10min, equivalente a 30,9446 g/10min (ensaio realizado com massa da carga de 10 kg e 220°C).

  y = -7E-06x + 2,0533 y = -0,0002x + 5,7558 y = -0,0056x + 10,37 y = -0,0328x + 26,692 y = -0,0546x + 35,747 y = -0,1384x + 49,696 y = -0,0148x + 17,899

  5

  10

  15

  20

  25

  30

  35

  40

  45

  50 V

  az ão M ás si ca ( g/

  10 m in )

  2.123,82 3.773,00 4.966,58 6.800,40 8.449,58 10.017,01 11.773,83

  Massa da Carga (g) diferentes concentrações de poliuretano na mistura. Os Índices de Fluidez estão indicados no início das respectivas linhas e estão descritos em itálico.

Tabela 3.2 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,05 (g/g).

  4 5 0,3329 39,9480

  9

  5 0,1806

  21,6720 11.773,83

  1 5 0,3085 37,0200

  38

  2 5 0,3208 38,4960

  33

  3 5 0,3238 38,8560

  28

  23 IF =>

  8 10 0,3529 21,1740

  5

5 0,3429

41,1480

  18

  6 5 0,3468 41,6160

  13

  7 5 0,3521 42,2520

  8

  8 5 0,3589 43,0680

  3

  9 3 0,2017 43,8998

  5

  15

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  6 27 0,4044 8,8741 8.449,58 1 10 0,3163 18,9780

  1 30 0,4287 8,5740 147

  2 30 0,4401 8,8020 117

  IF =>

  3

30 0,4412

8,8240

  87

  4 30 0,4407 8,8140

  57

  5 30 0,4422 8,8440

  27

  75

  7 10 0,3530 21,1800

  2 10 0,3305 19,8300

  65

  3 10 0,3352 20,1120

  55

  4 10 0,3423 20,5380

  45 IF =>

  5

10 0,3450

20,7000

  35

  6 10 0,3486 20,9160

  25

  Aplicando o mesmo tratamento dos resultados do ABS puro, foram obtidas as

  50 Massa da Carga (g)

  45 y = -0,1584x + 43,582 4.966,58

  40 8.449,58

  n)

  11.773,83

  mi

  35

  10 g/

  30

   ( ca

  25 y = -0,0234x + 21,454

  si ás

  20 M

  ão

  15 y = -0,0018x + 8,9323

  az

  V

  10

  5

  20

  40

  60 80 100 120 140 160

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.3 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,05

  (g/g). Interpolação linear com respectivas equações.

Tabela 3.3 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e Vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,10g/g.

  3

  53

  8 10 0,2576 15,4560

  43

  9 10 0,2589 15,5340

  33

  10 10 0,2588 15,5280

  23

  11 10 0,2592 15,5520

  13

  12 10 0,2598 15,5880

  13 3 0,0777 15,6241 11.773,83 1 5 0,2088 25,0560

  63 IF =>

  57

  2 5 0,2171 26,0520

  52

  3 5 0,2300 27,6000

  47

  4 5 0,2370 28,4400

  42

  5 5 0,2414 28,9680

  37

  6 5 0,2467 29,6040

  7

10 0,2558

15,3480

  6 10 0,2531 15,1860

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  8 30 0,3330 6,6600

  1 30 0,2832 5,6640 275

  2 30 0,2897 5,7940 245

  3 30 0,2974 5,9480 215

  4 30 0,3010 6,0200 185

  5 30 0,3083 6,1660 155

  IF =>

  6

30 0,3224

6,4480

  125

  7 30 0,3302 6,6040

  95

  65

  73

  9 30 0,3368 6,7360

  35

  10 30 0,3411 6,8220

  5

  11 5 0,0601 6,9091 8.449,58 1 10 0,2324 13,9440 113

  2 10 0,2368 14,2080 103

  3 10 0,2348 14,0880

  93

  4 10 0,2446 14,6760

  83

  5 10 0,2443 14,6580

  32

  35 Massa da Carga (g) y = -0,1068x + 32,997 4.966,58

  30

  )

  8.449,58

  in

  25 11.773,83

  m

  10 g/ (

  20

  ca

  y = -0,0219x + 16,386

  si ás

  15 M

  ão

  10

  az

  y = -0,0046x + 6,9267

  V

  5 50 100 150 200 250 300

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.4 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,10

  g/g. Interpolação linear com respectivas equações.

Tabela 3.4 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,15 (g/g).

  2 10 0,3603 21,6180

  32

  7 15 0,2935 11,7400

  17

  8 15 0,2897 11,5880

  2

  9

  2 0,0473

  11,4380 11.773,83

  1 10 0,3568 21,4080

  59

  49

  47

  3 10 0,3716 22,2960

  39 IF =>

  4

10 0,3808

22,8480

  29

  5 10 0,3850 23,1000

  19

  6 10 0,3908 23,4480

  9

  7

  9 0,3493

  6 15 0,2912 11,6480

  5 15 0,2891 11,5640

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  99

  1 30 0,2171 4,3420 309

  2 30 0,2267 4,5340 279

  3 30 0,2284 4,5680 249

  4 30 0,2346 4,6920 219

  5 30 0,2358 4,7160 189

  IF =>

  6

30 0,2368

4,7360

  159

  7 30 0,2406 4,8120 129

  8 30 0,2439 4,8780

  9 30 0,2464 4,9280

  62

  69

  10 30 0,2496 4,9920

  39

  11 30 0,2526 5,0520

  9

  12 9 0,0771 5,1127 8.449,58 1 15 0,2855 11,4200 107

  2 15 0,2854 11,4160

  92

  3 15 0,2869 11,4760

  77 IF =>

  4

15 0,2883

11,5320

  23,8012

  25 Massa da Carga (g) y = -0,0434x + 23,921 4.966,58

  20

  )

  8.449,58

  in m

  11.773,83

  10 g/

  15

   (

  y = -0,0036x + 11,767

  ca si ás

  10 M

  ão

  y = -0,0021x + 5,084

  az

  V

  5 50 100 150 200 250 300 350

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.5 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,15

  g/g. Interpolação linear com respectivas equações.

Tabela 3.5 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,22 (g/g).

  51 IF =>

  21

  9 15 0,2788 11,1520

  6

  10 6 0,1179 11,3226 11.773,83 1 10 0,2771 16,6260

  71

  2 10 0,2921 17,5260

  61

  3 10 0,2988 17,9280

  4

10 0,3042

18,2520

  36

  41

  5 10 0,3113 18,6780

  31

  6 10 0,3167 19,0020

  21

  7 10 0,3235 19,4100

  11

  8 10 0,3256 19,5360

  1

  8 15 0,2746 10,9840

  7 15 0,2717 10,8680

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  6 60 0,4050 4,0500

  1 60 0,3405 3,4050 303

  2 60 0,3534 3,5340 243

  IF =>

  3

60 0,3629

3,6290

  183

  4 60 0,3753 3,7530 123

  5 60 0,3944 3,9440

  63

  3

  51

  7 3 0,0219 4,1588 8.449,58 1 15 0,2282 9,1280 126

  2 15 0,2504 10,0160 111

  3 15 0,2550 10,2000

  96 IF =>

  4

15 0,2603

10,4120

  81

  5 15 0,2636 10,5440

  66

  6 15 0,2678 10,7120

  9 1 0,0491 19,6628

  25 Massa da Carga (g) 4.966,58

  20

  )

  8.449,58 y = -0,0373x + 19,829

  in

  11.773,83

  m

  10 g/

  15

   ( ca si

  y = -0,0106x + 11,236

  ás

  10 M

  ão az

  V

  y = -0,0022x + 4,0531

  5 50 100 150 200 250 300 350

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.6 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,22

  g/g. Interpolação linear com respectivas equações.

Tabela 3.6 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,30 (g/g).

  3 15 0,3394 13,5760

  83

  5 30 0,4104 8,2080

  53

  6 30 0,4233 8,4660

  23

  7 23 0,3393 8,7321 11.773,83 1 15 0,2930 11,7200 103

  2 15 0,3138 12,5520

  88

  73 IF =>

  IF =>

  4

15 0,3546

14,1840

  58

  5 15 0,3572 14,2880

  43

  6 15 0,3691 14,7640

  28

  7 15 0,3801 15,2040

  13

  4

30 0,3976

7,9520

  3 30 0,3829 7,6580 113

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  7 60 0,2579 2,5790 244

  1 60 0,2269 2,2690 604

  2 60 0,2237 2,2370 544

  3 60 0,2256 2,2560 484

  4 60 0,2470 2,4700 424

  5 60 0,2562 2,5620 364

  IF =>

  6

60 0,2582

2,5820

  304

  8 60 0,2695 2,6950 184

  2 30 0,3685 7,3700 143

  9 60 0,2858 2,8580 124

  10 60 0,2975 2,9750

  64

  11 60 0,3051 3,0510

  4

  12

  4 0,0221

  3,1289 8.449,58

  1 30 0,3614 7,2280 173

  8 13 0,3420 15,6571

  18 Massa da Carga (g)

  16 4.966,58 y = -0,0322x + 15,726

  )

  14 8.449,58

  in

  11.773,83

  m

  12

  10 g/ (

  10

  ca

  y = -0,0086x + 8,6562

  si

  8

  ás M

  6

  ão az

  V

  4 y = -0,0014x + 3,0151

  2 100 200 300 400 500 600 700

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.7 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,30

  g/g. Interpolação linear com respectivas equações.

Tabela 3.7 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,40 (g/g).

  6 15 0,2728 10,9120

  92

  3 15 0,2487 9,9480

  77

  4 15 0,2516 10,0640

  62

  5 15 0,2611 10,4440

  47

  32

  IF =>

  7 15 0,2870 11,4800

  17

  8 15 0,2995 11,9800

  2

  9

  2 0,0354

  12,5018

  2

15 0,2410

9,6400

  9 25 0,2696 6,4389 11.773,83 1 15 0,2315 9,2600 107

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58 1 120 0,3355 1,6775 800 2 120 0,3450 1,7250 680

  IF =>

  3 120 0,3539 1,7695 560

  IF => 4 120 0,3665 1,8325

  440 5 120 0,3856 1,9280 320 6 120 0,4085 2,0425 200

7 120 0,4473 2,2365

  80

  8 80 0,3268 2,4489 8.449,58 1 30 0,2534 5,0680 235

  2 30 0,2621 5,2420 205

  3 30 0,2696 5,3920 175

  4

30 0,2686

5,3720

  25

  145

  5 30 0,2617 5,2340 115

  6 30 0,2679 5,3580

  85

  7 30 0,2863 5,7260

  55

  8 30 0,3036 6,0720

  Na Tabela 3.7, os pontos que indicam o IF para as massas de carga de 8.449,58 e 11.773,83 gramas foram excluídos dos gráficos de vazão mássica versus tempo

  14 Massa da Carga (g) 4.966,58

  12 y = -0,0325x + 12,005

  )

  8.449,58

  in

  10 11.773,83

  m

  10 g/

  8

   ( ca si

  y = -0,0096x + 6,2711

  ás

  6 M

  ão

  4

  az

  V

  y = -0,0007x + 2,2109

  2 200 400 600 800 1.000

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.8 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas a mistura ABS com concentração de PUR igual a 0,40

  g/g. Interpolação linear com respectivas equações.

  Na Tabela 3.8 são apresentados os resultados da determinação do IF m para o ABS e misturas com diferentes concentrações de PUR e diferentes massas da carga utilizadas no plastômetro durante a realização dos ensaios.

Tabela 3.8 – Índice de Fluidez Modificado (IF m ) do ABS puro e misturas com diferentes concentrações de PUR e diferentes massas da carga.

  

m

Na Figura 3.9 está representado o IF em função da variação da massa da carga.

  Pode-se observar que o Índice de Fluidez Modificado aumenta à medida que é aumentada a massa da carga devido à elevação da pressão no sistema. Na mesma figura pode-se observar que aumentando a concentração de PUR, a fluidez da mistura diminui.

  )

  C = 0,00 g/g

  in

  50

  0m

  C = 0,05 g/g

  /1 (g

  40

  o ad ic

  C = 0,10 g/g

  if

  30

  od M

  C = 0,15 g/g

  ez

  C = 0,22 g/g

  id

  20

  lu

  C = 0,30 g/g

  F e

  C = 0,40 g/g

   d

  10

  ce di Ín

  2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000

  Massa da Carga (g)

Figura 3.9 – Índice de Fluidez Modificado versus massa da carga para diferentes concentrações de PUR em ABS.

  Na Tabela 3.9 são apresentados os resultados da determinação do IF. Os Índices de Fluidez foram determinados conforme norma [ASTM D1238-99], e seus valores foram

Tabela 3.9 – Índice de Fluidez do ABS e misturas com diferentes concentrações de PUR e diferentes massas da carga.

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 0,30 0,40 2.123,82 2,0960 3.773,00

  5,7340

  4.966,58 9,8820 8,8240 6,4480 4,7360 3,6290 2,5820 1,8325 6.800,40

  17,3560

  8.449,58 25,8060 20,7000 15,3480 11,5320 10,4120 7,9520 5,3720 10.017,01 34,8120 11.773,83 48,2280 41,1480 30,1080 22,8480 18,2520 14,1840

  9,6400

  Concentração de PUR (g/g) Índice de Fluidez (g/10min) M as sa d a C ar ga (

  g)

  Na Figura 3.10 estão representados os valores obtidos para o IF m e IF do ABS em função da concentração de PUR, ensaiados com diferentes massas de carga. Conforme pode ser observado, com a adição de PUR na matriz ABS, a fluidez da mistura diminui, apresentando uma oscilação na curva quando a concentração de PUR se iguala a 0,15 g/g. Também se pode notar que o IF é menor que o IF m , fato este devido ao aumento da vazão mássica em função da aproximação do êmbolo ao final de curso dentro do reservatório. Sendo que o IF é determinado quando esta distância está entre 20 e 24 mm e o IF m é determinado por extrapolação linear quando a distância tende a zero.

  Massa da Carga / IF

  50

  11,77 Kg / Modificado ) in

  11,77 Kg / Normalizado

  40

  0m 8,45 Kg / Modificado

  /1 8,45 Kg / Normalizado

  (g ez

  30

  4,97 Kg / Modificado id

  4,97 Kg / Normalizado lu F

  20

  de ce di Ín

  10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

  Concentração de PUR (g/g) m

Figura 3.10 – IF e IF versus concentração de PUR em ABS para diferentes massas da carga.

  Observando a relação entre as curvas da Figura 3.10 e utilizando os dados da Tabela 3.8, foi percentualmente calculado quanto representa cada IF m com determinada

  m concentração de PUR em relação ao IF do ABS puro para determinada massa de carga.

  Para determinar esta relação foi utilizada a equação (3.1). Onde R

  IF indica a Relação m m

  Percentual entre IF das misturas, onde IF (C) indica o Índice de Fluidez Modificado em função da concentração de PUR e IF m puro representa o Índice de Fluidez Modificado da matriz termoplástica pura. Estes resultados são apresentados na Tabela 3.10 e

Tabela 3.10 – Relação percentual entre IF m das misturas e IF m do ABS puro para diferentes massas de carga.

  Concentração de PUR (g/g) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 0,30 0,40 Relação entre IF m das misturas com IF m do ABS puro (%)

  g)

( 100,00 86,14 66,80 49,03 39,08 29,08 21,32

  4.966,58 ga ar 8.449,58 100,00 80,38 61,39 44,08 42,10 32,43 23,49

   C sa as 11.773,83 100,00 87,70 66,40 48,13 39,90 31,64 24,16

  M Média 100,00 84,74 64,86 47,08 40,36 31,05 22,99

Desvio Padrão 0,00 3,86 3,01 2,63 1,56 1,75 1,48

  100

  m

  Massa da Carga (g)

  F

  90 I 11.773,83

  m

  80

  co

  8.449,58

  s ra )

  70 4.966,58

  tu %

  Média

  is (

  60

  ro m as pu

  50

   d S m B F

  40 I A

  re do

  30

  nt e

  20

  ão

  10

  el R

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

  Concentração de PUR (g/g) assim, poderíamos calcular os Índices de Fluidez Modificados para outras concentrações e massas de carga existentes entre as duas curvas extremas da Figura 3.10.

  De forma análoga ao procedimento realizado para os IF m , os dados da Tabela 3.9 foram utilizados para calcular a relação entre os valores de IF com o incremento de PUR para dadas massas de carga. O resultado é demonstrado na Tabela 3.11.

Tabela 3.11 – Relação percentual entra IF das misturas e IF do ABS puro para diferentes massas de carga.

  Concentração de PUR (g/g) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 0,30 0,40 Relação entre IF das misturas com IF do ABS puro (%)

  g)

  100,00 89,29 65,25 47,93 36,72 26,13 18,54

  4.966,58 ( sa

as ga 100,00 80,21 59,47 44,69 40,35 30,81 20,82

  8.449,58 M ar

  100,00 85,32 62,43 47,37 37,85 29,41 19,99

  C 11.773,83 Média 100,00 84,94 62,38 46,66 38,31 28,78 19,78

Desvio Padrão 0,00 4,55 2,89 1,73 1,86 2,40 1,15

  De acordo com a tabela acima apresentada, foi construído o gráfico relacionando a relação entre IF das misturas e IF do ABS puro, com a concentração de PUR, conforme apresentado através da Figura 3.12.

  100 Massa da Carga (g)

  do

  90 F 11.773,83

   I m

  80 8.449,58

  co s

  70 4.966,58

  ra )

  Média

  tu %

  60

  is ( ro m

  50

  as pu d S

  40 B

  IF A

  30

  tre en o

  20

  açã

  10

  el R

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

  Concentração de PUR (g/g)

Figura 3.12 – Relação percentual entre IF das misturas e IF do ABS puro versus concentração de PUR para diferentes massas de carga.

3.1.1.1. Determinação da Massa Específica

  Através das curvas PVT do ABS puro, apresentadas na Figura 3.13, pode-se obter o volume específico (ν) do ABS puro a 0,1 MPa e 220°C, o qual equivale a 1,0341 cm³/g [MPI]. Sendo assim, temos a massa específica nas mesmas condições igual a 0,96702 g/cm³, visto que a massa específica é o inverso do volume específico.

  1,1 P = 0,1 MPa

  (220; 1,0341) P = 20 MPa

  1,05

  ) /g

3 P = 40 MPa m (c

  P = 80 MPa

  o

  1

  ic

  P = 120 MPa

  íf ec

  P = 140 MPa

  sp E

  P = 200 MPa 0,95

  e m u ol

  V

  0,9 0,85

  40 80 120 160 200 240 280 320

  o Temperatura (

  C) Figura 3.13 – Curvas PVT para o ABS puro [MPI].

  A massa específica das misturas ABS + PUR foi determinada pelo processo de

Tabela 3.12 – Resultados da determinação na massa específica do ABS em função da concentração de PUR a 23°C.

  5

  1,0651 1,0678 1,0714 1,0835 1,0895 1,0997 1,1080 0,0021 0,0013 0,0010 0,0013 0,0022 0,0018 0,0015 Concentração de PUR (g/g) C or po d e P ro va C or po d e P ro va Volume (cm³) Massa (g) C or po d e P ro va Média Desvio Padrão Massa Específica (g/cm³)

  1,0679 1,0674 1,0726 1,0850 1,0923 1,1003 1,1098

  5

  4 1,0635 1,0670 1,0701 1,0837 1,0877 1,1009 1,1089

  1,0666 1,0664 1,0706 1,0831 1,0904 1,0968 1,1070

  3

  2 1,0644 1,0695 1,0715 1,0842 1,0904 1,1013 1,1061

  1,0631 1,0685 1,0720 1,0815 1,0868 1,0992 1,1080

  1

  10,70 10,33 10,18 10,65 10,79 10,55 10,52

  4 10,71 10,39 10,13 10,62 10,76 10,51 10,47

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 0,30 0,40 1 11,4705 11,1555 10,9127 11,4638 11,7593 11,7281 11,7111

  10,78 10,44 10,16 10,61 10,81 10,52 10,44

  3

  10,79 10,40 10,19 10,69 10,82 10,64 10,33

  2

  5 11,4270 11,0261 10,9192 11,5551 11,7862 11,6078 11,6748 1 10,79 10,44 10,18 10,60 10,82 10,67 10,57

  11,3906 11,0866 10,8397 11,5092 11,7033 11,5702 11,6107

  4

  3 11,4984 11,1329 10,8771 11,4913 11,7876 11,5388 11,5575

  11,4849 11,1231 10,9190 11,5903 11,7976 11,7174 11,4255

  2

  Através dos resultados obtidos na Tabela 3.12, foram construídas as curvas mostradas na Figura 3.14. À medida que a concentração de PUR aumenta, a massa específica também se eleva. Uma aproximação linear foi realizada para descrever este comportamento, as barras de erro representam o desvio padrão das medidas. As oscilações dos resultados em torno da reta são provavelmente oriundas de erros experimentais. A y = 0,115x + 1,0635 y = 0,115x + 0,967 0,9600 0,9800 1,0000 1,0200 1,0400 1,0600 1,0800 1,1000 1,1200

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

  Concentração de PUR (g/g) M as sa E sp ec íf ic a (g /c m ³)

  T = 220 °C T = 23 °C

  = 0,96702 g/cm³ Figura 3.14 – Massa específica do ABS em função da concentração de PUR a 23°C.

  Projeção da curva a 220 °C com base na curva PVT do ABS puro.

  Da curva PVT do ABS, proveniente do aplicativo Moldflow Plastics Insight (MPI), foi determinado que a massa específica à temperatura de 220

  O

  C é aproximadamente 0,96702 g/cm

  3

  . Admitindo como hipótese de que o comportamento da variação da massa específica das misturas a 220

  O

  C será semelhante ao verificado a 23

  O

  C, ou seja, com mesmo coeficiente angular, então, a massa específica da mistura pode ser representada pela equação (3.2), onde (C PUR ) representa a Concentração Mássica de PUR na mistura. Esta equação está devidamente representada na Figura 3.14.

  (A r ) foi calculada em 70,5840471 mm². O valor utilizado para a Gravidade (g) foi de 9,81 m/s².

  Foi calculada a Perda de Carga (∆P) exercida sobre a amostra termoplástica durante

  r

  cada ensaio, conforme a equação (3.3). Onde (F) indica força, (A ) a área do reservatório, (m c ) a massa da carga utilizada nos ensaios e (g) a gravidade. Deve-se desprender a devida atenção com a conversão de unidades durante a utilização das equações.

  F m . g c ∆ P = = (3.3)

  A A r r A Tensão de Cisalhamento (τ) foi calculada a partir da equação (3.4). Onde (∆P) é a Perda de Carga no comprimento (L c ) do canal de raio (R c ).

  ∆ P . R c τ =

  (3.4) 2 . L c

  A vazão volumétrica (Q) foi calculada a usando a equação (3.5), onde (IF m ) representa o Índice de Fluidez Modificado, (K’) o coeficiente de conversão de unidades que neste caso é igual a 600 e (ρ) a massa específica a 220°C [NAVARRO, 1993].

  IF m =

  Q (3.5) K '. ρ

  Foi utilizada a equação (3.6) para determinar a Taxa de Cisalhamento Aparente

  Na Tabela 3.13 são apresentados os resultados provenientes de alguns experimentos anteriormente citados e dos cálculos acima descritos.

Tabela 3.13 – Resultados dos cálculos para a determinação dos parâmetros reológicos das misturas de ABS/PUR.

  IF Massa da m P Q a a

  γγγγ a

  C (g/g)

  • -1 Carga (g) (g/10min) (MPa) (g/cm³) (cm³/s) (Pa.s)

  

(MPa) (s )

0,00 2123,82 2,0533 0,2952 0,0193 0,9670 0,0035 3,8923 4964,2903

0,00 3773,00 5,7558 0,5244 0,0343 0,9670 0,0099 10,9109 3146,1033

0,00 4966,58 10,3700 0,6903 0,0452 0,9670 0,0179 19,6578 2298,6378

0,00 6800,40 17,8990 0,9451 0,0619 0,9670 0,0308 33,9300 1823,4655

0,00 8449,58 26,6920 1,1744 0,0769 0,9670 0,0460 50,5984 1519,3082

0,00 10017,01 35,7470 1,3922 0,0911 0,9670 0,0616 67,7634 1344,9012

0,00 11773,83 49,6960 1,6364 0,1071 0,9670 0,0857 94,2056 1137,0726

0,05 4966,58 8,9323 0,6903 0,0452 0,9728 0,0153 16,8323 2684,4834

0,05 8449,58 21,4540 1,1744 0,0769 0,9728 0,0368 40,4286 1901,4873

0,05 11773,83 43,5820 1,6364 0,1071 0,9728 0,0747 82,1274 1304,2991

0,10 4966,58 6,9267 0,6903 0,0452 0,9785 0,0118 12,9762 3482,2278

0,10 8449,58 16,3860 1,1744 0,0769 0,9785 0,0279 30,6969 2504,3112

0,10 11773,83 32,9970 1,6364 0,1071 0,9785 0,0562 61,8153 1732,8837

0,15 4966,58 5,0840 0,6903 0,0452 0,9843 0,0086 9,4685 4772,2431

0,15 8449,58 11,7670 1,1744 0,0769 0,9843 0,0199 21,9151 3507,8421

0,15 11773,83 23,9210 1,6364 0,1071 0,9843 0,0405 44,5509 2404,4131

0,22 4966,58 4,0531 0,6903 0,0452 0,9923 0,0068 7,4873 6035,0139

0,22 8449,58 11,2360 1,1744 0,0769 0,9923 0,0189 20,7563 3703,6638

0,22 11773,83 19,8290 1,6364 0,1071 0,9923 0,0333 36,6303 2924,3214

0,30 4966,58 3,0151 0,6903 0,0452 1,0015 0,0050 5,5187 8187,8854

0,30 8449,58 8,6562 1,1744 0,0769 1,0015 0,0144 15,8438 4852,0345

0,30 11773,83 15,7260 1,6364 0,1071 1,0015 0,0262 28,7839 3721,4786 na mesma temperatura em que foram realizados os ensaios de IF. Pode-se observar um comportamento pseudoplástico para os dados experimentais e para a curva de referência.

  5

  10 C = 0,40 g/g C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g

  4 s)

  C = 0,15 g/g

  10 a.

  C = 0,10 g/g

  (P

  C = 0,05 g/g

  e nt

  C = 0,00 g/g

  re

  MPI 1000

  pa A e ad d si

  100

  co is

  V

  10

  4

  5

  1 10 100 1000

  10

  10

  • -1 Taxa de Cisalhamento Aparente (s )

Figura 3.15 – Viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente para ABS puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o ABS puro, proveniente

  do MPI.

  A Equação de Yasuda se ajusta e descreve corretamente o comportamento observado da curva de referência (MPI) apresentada na Figura 3.15. A equação de Yasuda

  o

  está representada pela equação (3.8), onde (η ) indica a viscosidade quando a Taxa de

Tabela 3.14 – Parâmetros da equação de Yasuda (3.8), obtidos a partir da curva reológica do ABS puro proveniente do Moldflow Plastics Insight (MPI).

  Parâmetro Valor

  4.218,30

  o

  0,080435 a 0,645860 n

  0,354140 A Figura 3.16 é uma ampliação da Figura 3.15, onde foram interpoladas as curvas sobre os pontos para as diferentes concentrações de PUR, para a representação visual do comportamento.

  C = 0,40 g/g

  4

  10 C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g C = 0,15 g/g

  s) a.

  C = 0,10 g/g

  (P

  C = 0,05 g/g

  e

  C = 0,00 g/g

  nt

  MPI

  re pa A e ad d si co is

  V

  1000

  Na Figura 3.15 é possível observar que os dois pontos obtidos com as menores massas de carga sobre o ABS puro, não acompanham a trajetória da curva de referência, e a explicação para este fenômeno ainda não está clara.

3.1.1.3. Correlação entre o ensaio de Índice de Fluidez Modificado e os parâmetros reológicos do ABS

  Interpolando o modelo de Yasuda sobre os pontos da Viscosidade Aparente versus Taxa de Cisalhamento Aparente do ABS puro a 220°C e pressão de 0,1 MPa, conforme

Figura 3.15. Obtemos os parâmetros da equação (3.8) os quais já foram apresentados na Tabela 3.14.

  Então foi aplicada a Taxa de Cisalhamento, calculada e apresentada na Tabela 3.13, sobre a Equação de Yasuda com os parâmetros anteriormente determinados. Obtendo assim, outro valor para a viscosidade. Com este novo valor para a viscosidade e utilizando a equação (3.7), foi determinado outra Tensão de Cisalhamento que aplicada sobre a equação (3.9), correção de Bagley, torna possível calcular o termo corretivo (e).

  P ∆

  τ = (3.9) L c

  2 . ( e ) + R c

  Os termos corretivos do ABS puro para as massas de carga de 2.123,82 e 3.773,00 gramas foram desconsiderados no cálculo do termo corretivo médio (média dos valores achurados na Tabela 3.15), pois divergem fortemente dos valores encontrados para as outras massas de carga. O valor determinado como termo corretivo médio (e) foi de 2,03, o

Tabela 3.15 – Resultados da determinação da viscosidade aparente corrigida (η a ) para ABS puro.

  C (g/g) Massa da Carga (g)

  IF m (g/10min)

a

  Yasuda (Pa.s) Erro Bagley Corrigida (MPa) a Corrigida (Pa.s)

0,00 2123,82 2,0533 2865,01 5,5966 0,0153 3923,1167

0,00 3773,00 5,7558 2198,01 3,2946 0,0271 2486,2628

0,00 4966,58 10,3700 1799,35 2,1195 0,0357 1816,5385

0,00 6800,40 17,8990 1448,32 1,9785 0,0489 1441,0253

0,00 8449,58 26,6920 1213,64 1,9237 0,0608 1200,6597

0,00 10017,01 35,7470 1057,28 2,0779 0,0720 1062,8315

0,00 11773,83 49,6960 897,76 2,0361 0,0847 898,5914

  Já na Tabela 3.16 são apresentados os resultados dos cálculos para a determinação da viscosidade aparente para as misturas de ABS com PUR, utilizando o termo corretivo de Bagley de 2,03 para todas as misturas.

Tabela 3.16 – Resultados da determinação da viscosidade aparente corrigida das misturas ABS/PUR.

  C (g/g) Massa da Carga (g)

  IF

m

  

(g/10min)

Corrigida (MPa) a Corrigida (Pa.s)

  

0,05 4966,58 8,9323 0,0357 2121,4596

0,05 8449,58 21,4540 0,0608 1502,6834

0,05 11773,83 43,5820 0,0847 1030,7450

0,10 4966,58 6,9267 0,0357 2751,8910

0,10 8449,58 16,3860 0,0608 1979,0754

0,10 11773,83 32,9970 0,0847 1369,4415 Na Figura 3.17 são apresentados graficamente os resultados da Tabela 3.15 e

Tabela 3.16. Como podem ser observados, os pontos experimentais para o ABS puro ficam praticamente sobrepostos à curva reológica de referência, indicando que nesta região do

  gráfico o efeito da queda de pressão na entrada do canal é praticamente o mesmo para as pressões impostas. E portanto, pode-se atribuir um valor constante na correção. Para conhecer a viscosidade do polímero através das medidas do IF m , o que foi feito na realidade foi a calibração do equipamento de IF com a ajuda de uma curva já existente. O valor (e) da correção de Bagley determinado é válido para o plastômetro utilizado e para o polímero em questão. Qualquer mudança de equipamento ou de matéria prima uma nova calibração se faz necessária. Utilizando polímeros da mesma família e que são contra tipos, os resultados podem ser de mesma ordem de grandeza. Da mesma forma equipamentos normalizados tenderão a resultados semelhantes.

5 C = 0,40 g/g

  100 1000

  10

  4

  10

  C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g C = 0,15 g/g C = 0,10 g/g C = 0,05 g/g C = 0,00 g/g MPI

  V is co si da de A p ar en te (P a. s)

  A Figura 3.18 é uma ampliação da Figura 3.17, onde foram interpoladas curvas sobre os pontos para as diferentes concentrações de PU e retirados os pontos relativos ao ABS puro obtidos a partir das massas de carga igual a 2.123,82 e 3773,00 gramas, devido divergência do (e) calculado e apresentado na Tabela 3.15. A taxa de cisalhamento depende da vazão e esta por sua vez da fluidez do material, pois está associada ao IF m de cada mistura. Como pode ser observado, as medidas de IF m foram transformadas em conjuntos de segmentos de curvas reológicas. Pode-se observar que o acréscimo de PUR na mistura aumenta gradativamente a viscosidade da mistura. A viscosidade da mistura com 40% de PUR em relação ao ABS puro se elevou em aproximadamente 391% para a massa de carga de 4.966,58 g, 346% para a massa de carga de 8.449,58 g e 334% para a massa de carga de 11.773,83 g.

  1000 3000 5000 7000 9000

  10 100

  C = 0,40 g/g C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g C = 0,15 g/g C = 0,10 g/g C = 0,05 g/g C = 0,00 g/g MPI

  V is co si d ad e A pa re nt e (P a. s) curva de referência, a qual considera-se que represente corretamente o comportamento reológico do ABS ensaiado. Demonstrando assim que a correção proposta funciona e serve de calibração para o plastômetro utilizado com ABS puro. Com relação as misturas com PUR, está sendo considerado o mesmo erro de Bagley determinado para o ABS puro, o qual pode ser diferente para cada mistura. Para se verificar este valor seria necessário ter uma curva de referência para cada concentração de PUR. Entretanto, este procedimento permite determinar a variação da viscosidade das misturas com o incremento da concentração de PUR.

3.1.1.4. Equação Geral de correlação entre IF m e Parâmetros Reológicos

  O Índice de Fluidez Modificado (IF m ) é uma medida de vazão mássica que pode ser convertida em vazão volumétrica (Q) através de um coeficiente de conversão de unidades (K’) igual a 600 e da Massa Específica do material, conforme indicado na equação (3.5).

  m

  A relação entre o IF e os demais parâmetros reológicos do polímero puro pode ser obtida substituindo na equação (3.5) as equações (3.6), (3.7), (3.4) e (3.8) e chega-se a equação (3.10) que descreve a variação do IF m em função do coeficiente de conversão de unidades (K’), da massa específica do ABS (ρ), do índice de escoamento (n), da pressão imposta (∆P), das dimensões do canal (L c , R c ), da constante de correção de Bagley (e), das constantes de ajuste (λ, a), da viscosidade a taxa de cisalhamento nula (η o ) e em função da Taxa de Cisalhamento ( γ ), a uma dada temperatura (T). a 3 a 1 − n a

  R [ 1 ( . ) ] c a . + π ∆ P λ γ IF K ' . . . m = ρ (3.10) L 4 c

  η

Tabela 3.17 – Comparativo entre valores de IF m experimentais e calculados a partir da equação (3.10) e parâmetros da Tabela 3.15, para o ABS puro.

  IF

  IF Massa m m Erro da Carga

Experimental Calculado

(%)

  (g) (g/10min) (g/10min)

  2.123,82 2,0533 2,8116 36,93 3.773,00 5,7558 6,5106 13,11 4.966,58 10,3700 10,4691 0,96 6.800,40 17,8990 17,8089 -0,50 8.449,58 26,6920 26,4065 -1,07

  10.017,01 35,7470 35,9347 0,53 11.773,83 49,6960 49,7420 0,09

  Na Tabela 3.17, está representado o comparativo entre os valores do IF m experimentais e calculados a partir da equação (3.10), notar que foi utilizado um valor médio para o termo corretivo de Bagley. Pode-se observar que para as massas de carga iguais a 2.123,82 e 3.773,00 gramas, o erro é elevado em relação aos valores experimentais. E por enquanto, não encontramos uma explicação para a não convergência dos pontos obtidos com estas duas menores massas de carga utilizadas nos ensaios com o

  m

  ABS puro. Porém, os resultados dos IF calculados para as massas de carga entre 4.966,58 até 11.773,83 gramas atendem a equação proposta. Sendo que o erro máximo entre IF m experimental e calculado para estas massas de carga foi de 1,07 %.

  O mesmo procedimento poderia ser adotado para fazer esta relação com o Índice de

  m

  Fluidez obtido conforme norma, visto o comportamento semelhante entre o IF e IF apresentado na Figura 3.10.

3.1.2. Determinação do IF e IFm para o PSAI puro e misturas com PUR

  Foram realizados os ensaios para a determinação do IF e IF m do PSAI puro e demais misturas com PUR. Da Tabela 3.18 até a Tabela 3.24 são apresentados os resultados dos ensaio de

  Índice de Fluidez realizados para o PSAI puro, PSAI com 0,05; 0,10; 0,15; 0,22; 0,30 e 0,40 g/g de concentração de PUR respectivamente. Os tempos de corte menores que o parametrizado no equipamento (células em negrito na coluna Tempo de Corte das respectivas tabelas) foram calculados da mesma forma utilizada no tratamento dos resultados obtidos dos ensaios com o ABS e misturas com PUR. Os Índices de Fluidez obtidos conforme norma, estão indicados no início das respectivas linhas e também estão descritos em itálico [ASTM D1238-99].

Tabela 3.18 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para o PSAI puro.

  90

  32

  60 0,8139 8,1390

  5

  92

  4 60 0,8071 8,0710

  IF =>

  60 0,7713 7,7130 152

  3

  60 0,7600 7,6000 212

  2

  11 30 0,2308 4,6151 4.966,58 1 60 0,7265 7,2650 272

  30

  10 60 0,4589 4,5890

  9 60 0,4563 4,5630

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 2.123,82 1 120 0,3550 1,7750 1.260

  8 60 0,4558 4,5580 150

  IF =>

  7 60 0,4548 4,5480 210

  4 60 0,4479 4,4790 390 5 60 0,4503 4,5030 330 6 60 0,4511 4,5110 270

  2 60 0,4383 4,3830 510 3 60 0,4456 4,4560 450

  1 60 0,4264 4,2640 570

  2,1043 3.773,00

  60 0,2104

  12

  60

  11 120 0,4162 2,0810

  IF => 8 120 0,3859 1,9295 420 9 120 0,3935 1,9675 300 10 120 0,4116 2,0580 180

  1,8405 900 5 120 0,3729 1,8645 780 6 120 0,3840 1,9200 660 7 120 0,3853 1,9265 540

  2 120 0,3639 1,8195 1.140 3 120 0,3678 1,8390 1.020 4 120 0,3681

  6 32 0,4392 8,2076 Os pontos experimentais e as respectivas interpolações lineares apresentados na Figura 3.19, foram montados a partir da Tabela 3.18, onde os conjuntos de pontos experimentais representam a variação na vazão mássica da mistura PSAI + PUR em função da massa da carga utilizada e do tempo decrescente de execução do ensaio

  9 Massa da Carga (g) y = -0,0037x + 8,3201

  8 2.123,82

  )

  3.773,00

  in

  7

  m

  4.966,58

  10

  6

  g/ ( ca

  5 y = -0,0005x + 4,6342

  si ás

  4 M

  ão az

  3 V y = -0,0002x + 2,0665

  2

  1 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.19 – Vazão Mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas ao PSAI puro.

  Nas Tabelas 3.20 até 3.24 são apresentados os resultados dos ensaios de

Tabela 3.19 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,05 (g/g).

  IF =>

  IF =>

  60 0,4989 4,9890 224

  1

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

Tabela 3.21 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,15 (g/g).

  7,2637

  49 0,5931

  4

  49

  60 0,7060 7,0600

  3

  2 60 0,6862 6,8620 109

  60 0,6752 6,7520 169

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  1

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

Tabela 3.20 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,10 (g/g).

  8,6694

  43 0,6176

  4

  43

  60 0,8219 8,2190

  3

  2 60 0,7792 7,7920 103

  IF =>

  60 0,7778 7,7780 163

  1

  2 60 0,5247 5,2470 164

Tabela 3.22 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,22 (g/g).

  60 0,2933 2,9330 209

  3 60 0,2639 2,6390 389

  IF =>

  4

  60 0,2757 2,7570 329

  5 60 0,2860 2,8600 269

  6

  7

  2

  60 0,2985 2,9850 149

  8 60 0,3061 3,0610

  89

  9

  60 0,3134 3,1340

  29

  60 0,2500 2,5000 449

  60 0,2305 2,3050 509

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  4

  1

  60 0,4469 4,4690 298

  2

  60 0,4637 4,6370 238

  IF =>

  3 60 0,4753 4,7530 178

  60 0,4802 4,8020 118

  1

  5 60 0,4819 4,8190

  58

  6

  58 0,4690

  4,8361

Tabela 3.23 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,30 (g/g).

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  10 29 0,1569 3,2087

Tabela 3.24 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PSAI com concentração de PUR igual a 0,40 (g/g).

  7 60 0,2588 2,5880 223

  Com os resultados dados das tabelas acima apresentadas foi montado o gráfico da Figura 3.20, no qual foi realizada a interpolação linear para cada conjunto de pontos experimentais.

  2,8637

  43 0,2043

  11

  43

  10 60 0,2794 2,7940

  60 0,2726 2,7260 103

  9

  60 0,2665 2,6650 163

  8

  60 0,2505 2,5050 283

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  6

  5 60 0,2438 2,4380 343

  60 0,2363 2,3630 403

  4

  IF =>

  3 60 0,2264 2,2640 463

  60 0,2125 2,1250 523

  2

  60 0,1987 1,9870 583

  1

  A Figura 3.20 apresenta a vazão mássica em função do tempo decrescente de execução do ensaio. Pode-se notar que vazão mássica diminui a medida que é aumentado a concentração de PUR, exceto para a C PUR igual a 0,05 g/g.

  9 Concentração de PUR (g/g)

  y = -0,0037x + 8,3072

  8 0,00

  ) y = -0,0037x + 8,3201

  0,05

  in

  7

  m

  0,10

  y = -0,0026x + 7,1711

  10

  6 0,15

  g/ (

  0,22

  y = -0,0029x + 5,692 ca

  5

  si

  0,30

  ás y = -0,0014x + 4,9529

  0,40

  4 M

  ão az y = -0,0016x + 3,2361

  3 V

  2

  y = -0,0014x + 2,8947

  1 100 200 300 400 500 600 700

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.20 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes concentrações de PUR em PSAI. Interpolação linear com respectivas equações.

  Todos os ensaios foram realizados com carga da massa igual a 4.966,58 gramas.

  Na Tabela 3.25 são apresentados os resultados da determinação do IF m para o PSAI e misturas com diferentes concentrações de PUR, determinados com diferentes massas da carga utilizadas no plastômetro durante a realização dos ensaios. Os Índices de Fluidez Modificados foram determinados a partir do coeficiente linear da interpolação linear aplicada aos conjuntos de pontos Figura 3.20.

  A Figura 3.21 apresenta o IF m em função da massa da carga para o PSAI com

  PUR m

  diferentes C . Pode-se observar que o IF aumenta a medida que é aumentada a massa da carga devido à elevação da pressão no sistema. Para a massa de carga de 4.966,58 g e aumentando a C PUR , a fluidez decresce.

  9

  )

  C (g/g)

  in

  8 0,00

  0m /1

  0,05

  (g

  7 0,10

  o ad

  0,15

  6

  ic if

  0,22

  od

  5 0,30

   M ez

  0,40

  4

  id lu F e

  3

   d ce

  2

  di Ín

  1 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 5.500 6.000

  Massa da Carga (g)

Figura 3.21 – Índice de Fluidez Modificado versus massa da carga para diferentes concentrações de PUR em PSAI.

  Os Índices de Fluidez apresentados na Tabela 3.26, foram determinados conforme norma ASTM e estão indicados na Tabela 3.18 até a Tabela 3.24.

Tabela 3.26 – Índice de Fluidez do PSAI e misturas com diferentes concentrações de PUR e diferentes massas da carga.

  Concentração de PUR (g/g) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 0,30 0,40 Índice de Fluidez (g/10min) a 1,9295

g) 2.123,82 d ( sa

  4,5480 ga 3.773,00 as ar

  M 8,0710 7,7920 6,8620 5,2470 4,7530 2,7570 2,3630 C 4.966,58

  Na Figura 3.22 estão representados os IF m e IF em função da C PUR para as misturas com PSAI. Pode-se verificar que o IF é menor que o IF m devido ao acréscimo da Vazão Mássica a medida que o êmbolo se aproxima do final de curso dentro do plastômetro.

  9 Índice de Fluidez Modificado

  8

  ) in

  Índice de Fluidez

  m

  Normalizado

  7

  10 g/ (

  6

  ez id lu

  5 F

  e d ce

  4

  di Ín

  3

  2

3.1.2.1. Determinação da massa específica para PSAI e misturas com PUR

  A Figura 3.23 apresenta as curvas PVT do PSAI puro, onde o volume específico do PSAI puro a 200°C e a pressão de 0,1 MPa, é igual a 1,057552 cm³/g [MPI]. Como a massa específica é o inverso do volume específico, obtém-se a massa específica nas mesmas condições igual a 0,945580 g/cm³.

  1,1 (200; 1,057552)

  )

  1,05

  /g

  3 m (c o ic íf

  1

  ec sp E e

  P = 0,1 MPa

  um

  0,95 P = 50 MPa

  ol

  V P = 100 MPa

  P = 150 MPa P = 200 MPa

  0,9 50 100 150 200 250 300

  o Temperatura (

  C) Figura 3.23 – Curvas PVT para o PSAI puro [MPI].

  Os resultados experimentais da determinação da massa específica (ρ) para as

Tabela 3.27 – Resultados da determinação na massa específica do PSAI em função da concentração de PUR a 23°C.

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 0,30 0,40 1 1,0491 1,0542 1,0596 1,0686 1,0833 1,0960 1,1166

  2

  1,0471 1,0544 1,0610 1,0651 1,0732 1,1051 1,1206

  3 1,0470 1,0541 1,0603 1,0689 1,0827 1,1041 1,1190 1,0477 1,0542 1,0603 1,0675 1,0797 1,1018 1,1187 0,0012 0,0002 0,0007 0,0021 0,0057 0,0050 0,0020 Concentração de PUR (g/g) Desvio Padrão Massa Específica (g/cm³) C or po de P ro va Média

  A Figura 3.24 representa os dados mostrados na Tabela 3.27, sendo que a massa específica aumenta com a adição de PUR na mistura. Foi aplicada uma interpolação linear sobre os pontos experimentais visando a determinação da massa específica do PSAI puro, sendo que esta possue uma diferença de 0,22% para menos em relação ao valor indicado pelo fabricante do polímero. y = 0,1827x + 1,0439

  0,9800 1,0000 1,0200 1,0400 1,0600 1,0800 1,1000 1,1200 1,1400

  as sa E sp ec íf ic a (g /c m ³)

  T = 200 °C T = 23 °C

  = 0,9456 g/cm³ A massa específica do PSAI puro a 200

  O

  C é aproximadamente 0,945580 g/cm³, conforme Figura 3.23. Assumindo que a variação da massa específica a 200

  O

  C é semelhante ao determinado a 23

  O

  C, então, a massa específica da mistura pode ser representada pela equação (3.12). PUR C . 1827 , 94558 , + = ρ

  (3.12)

3.1.2.2. Cálculo dos parâmetros reológicos

  Para o cálculo dos parâmetros reológicos do PSAI e misturas com PUR, foram utilizadas as mesmas dimensões do plastômetro utilizado nos ensaios e demais equações (3.3, 3.4, 3.5, 3.6 e 3.7) descritos no item 3.1.1.2.

  Os resultados dos ensaios de IF m e dos cálculos utilizando as equações acima mencionadas são apresentados na Tabela 3.28.

Tabela 3.28 – Resultados dos cálculos para a determinação dos parâmetros reológicos das misturas PSAI/PUR.

  C (g/g) Massa da Carga (g)

  IF m (g/10min) P (MPa)

(MPa)

(g/cm³)

  Q (cm³/s) a (s -1 ) a (Pa.s)

0,00 2123,82 2,0665 0,2952 0,0193 0,9456 0,0036 4,0062 4823,2191

0,00 3773,00 4,6342 0,5244 0,0343 0,9456 0,0082 8,9840 3820,9093

0,00 4966,58 8,3201 0,6903 0,0452 0,9456 0,0147 16,1295 2801,4546

0,05 4966,58 8,3072 0,6903 0,0452 0,9547 0,0145 15,9504 2832,9110

a

  γγγγ por um conjunto de pontos de η a e γ obtidos na mesma temperatura em que foram a realizados os ensaios de Índice de Fluidez.

  4

  10 C = 0,40 g/g C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g C = 0,15 g/g

  s)

  1000 C = 0,10 g/g a.

  C = 0,05 g/g

   (P

  C = 0,00 g/g

  nte

  MPI

  re pa 100 A e d da si co

  10

  is

  V

  1

  4

  5

  1 10 100 1000

  10

  10

  • -1 Taxa de Cisalhamento Aparente (s )

Figura 3.25 – Viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente para PSAI puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PSAI puro,

  proveniente do MPI.

  A curva de referência (MPI) apresentada na Figura 3.25, é descrita pela equação de Yasuda. Sendo que os parâmetros da Equação de Yasuda (3.8), os quais foram utilizados no ajuste da curva de referência do PSAI puro, estão descritos na Tabela 3.29.

  A Figura 3.25 foi ampliada gerando a Figura 3.26, onde também foram interpoladas curvas sobre os pontos experimentais do PSAI puro.

  9000 C = 0,40 g/g

  8000 C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g

  7000 C = 0,15 g/g

  s)

  C = 0,10 g/g a. 6000

  C = 0,05 g/g

   (P

  C = 0,00 g/g

  nte 5000

  MPI

  re pa A

  4000

  e d da si

  3000

  co is

  V

  4

  5

  6

  7

  8

  9

  10

  • -1 Taxa de Cisalhamento Aparente (s )

Figura 3.26 – Viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente para PSAI puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PSAI puro, proveniente

  do MPI. Ampliação da Figura 3.25 e interpolação de cuvas sobre os pontos experimentais do PSAI puro.

3.1.2.3. Correlação entre o ensaio de Índice de Fluidez Modificado e os parâmetros reológicos do PSAI

  a equação (3.7), foi determinado outra tensão de cisalhamento que aplicada sobre a equação (3.9), Modelo de Bagley, torna possível calcular o termo corretivo (e).

  O valor determinado como termo corretivo médio (e) foi de 2,45, o qual está dentro do intervalo previsto na literatura [GROUPE FRANCAIS D´ETUDES ET D´APPLICATIONS DES POLYMERES]. A equação (3.9) foi aplicada sobre os valores existentes para a determinação da Tensão de Cisalhamento (τ) e da Viscosidade Aparente corrigida (η a ) através da equação (3.7).

  a a

  Os resultados dos cálculos para a determinação de η através de Yasuda, e, τ e η estão apresentados na Tabela 3.30 e Tabela 3.31.

Tabela 3.30 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η a ) para o PSAI puro.

  a a

  IF Massa da m Erro

C (g/g) Yasuda Corrigida

Corrigida

  Carga (g) Bagley (g/10min) (Pa.s) (Pa.s) (MPa)

  0,00 2123,82 2,0665 3842,06 1,9506 0,0146 3650,1632 0,00 3773,00 4,6342 2780,06 2,8597 0,0260 2891,6253 0,00 4966,58 8,3201 2099,51 2,5537 0,0342

  2120,1123

Tabela 3.31 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η a ) para as misturas PSAI/PUR.

  a Massa da

  

IF m

C (g/g) Corrigida Corrigida Carga (g) (g/10min) (Pa.s) (MPa)

  0,05 4966,58 8,3072 0,0342 2143,9183 0,10 4966,58 7,1711 0,0342 2507,3376

  2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

  4

  5

  6 7 8 9 10

  20

  30 C = 0,40 g/g C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g C = 0,15 g/g C = 0,10 g/g C = 0,05 g/g C = 0,00 g/g MPI

  V is co si da d e A pa re nte (P a. s) Taxa de Cisalhamento Aparente (s -1 )

Figura 3.27 – Viscosidade aparente corrigida versus taxa de cisalhamento aparente para

  PSAI puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PSAI puro, proveniente do MPI.

  Verifica-se que o aumento da PUR na mistura aumenta gradativamente a viscosidade da mistura. A viscosidade da mistura com 40% de PUR em relação ao PSAI puro se elevou em aproximadamente 210% para a massa de carga de 4.966,58 g.

  Os valores de viscosidade aparente em função da taxa de cisalhamento aparente foram corrigidos fazendo com que os pontos experimentais obtidos dos ensaios com o PSAI puro estejam praticamente sobrepostos aos pontos da curva de referência. ajuste (λ, a), da viscosidade a taxa de cisalhamento nula (η o ) e em função da Taxa de Cisalhamento ( γ ), a uma dada temperatura (T ). a Logo, aplicando os parâmetros válidos para o PSAI na equação (3.10) temos os dados da Tabela 3.32

  m

Tabela 3.32 – Comparativo entre valores de IF experimentais e calculados a partir da equação (3.10) e parâmetros da Tabela 3.30, para o PSAI puro.

  Massa

  IF m

  IF m Erro da Carga

Experimental Calculado

(%)

  (g) (g/10min) (g/10min)

  2.123,82 2,0665 1,9633 -4,99 3.773,00 4,6342 4,8202 4,01 4.966,58 8,3201 8,4018 0,98

  Um comparativo entre os valores do IF m experimentais e calculados a partir da equação (3.10) está representado na Tabela 3.32. Foi utilizado um valor médio para o termo corretivo de Bagley. Os resultados dos IF m calculados para as massas de carga entre 2.123,82 até 4.966,58 gramas atendem a equação proposta. Sendo que o erro máximo entre IF m experimental e calculado para estas massas de carga foi de 4,99 %.

3.1.3. Determinação de IF e IF m para o PS puro e misturas com PUR

  O IF e IF m do PS puro e misturas com diferentes concentrações de PUR foram determinados através de ensaios de fluidez. Sendo que, para o PS puro foram utilizadas as seguintes massas de carga: 2.123,82, 4.966,58 e 8.449,58 gramas. E para as demais misturas PS + PUR foi utilizada somente a massa de carga igual a 4.966,58 gramas.

  Os resultados do ensaio de Índice de Fluidez e Vazão Mássica para o PS puro e para as C PUR iguais a 0,05; 0,10; 0,15; 0,22; 0,30 e 0,40 estão apresentados na Tabela 3.33 até a Tabela 3.39, respectivamente. Os tempos de corte das últimas amostras obtidas durante os ensaios, são menores que o parametrizado no equipamento e foram calculados conforme já descrito para o ABS e PSAI, e estão descritos em negrito na tabela. Os IF foram determinados conforme norma e estão destacados nas tabelas através de indicação no início das respectivas linhas e descrição em itálico. Os pontos achurados nas tabelas em questão, foram desconsiderados na interpolação linear dos conjuntos de pontos.

Tabela 3.33 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para o PS puro.

  77 IF =>

  60 0,3958 3,9580

  52

  9 52 0,3507 4,0138 8.449,58

  1

  30 0,5786 11,5720 137

  2

  30 0,5963 11,9260 107

  3 30 0,6060 12,1200

  4

  60 0,3903 3,9030 112

  30 0,6254 12,5080

  47

  5

  30 0,6413 12,8260

  17

  6 17 0,3649 13,1521

  Na Figura 3.28 são representados os dados experimentais da determinação do IF e vazão mássica PS puro, através de gráficos da vazão mássica versus o tempo decrescente de realização do ensaio. Visando a obtenção do IF

  m

  8

  7

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 2.123,82 1 180 0,2611

  0,8744 4.966,58

  0,8703 1.172

  IF => 2 180 0,2619 0,8730 992

  3 180 0,2609 0,8697 812 4 180 0,2633 0,8777 632

  5 180 0,2630 0,8767 452 6 180 0,2653 0,8843 272 7 180 0,2638

  0,8793

  92

  8

  92 0,1337

  1 60 0,3612 3,6120 472

  6 60 0,3862 3,8620 172

  2

  60 0,3694 3,6940 412

  3 60 0,3752 3,7520 352

  4

  60 0,3762 3,7620 292

  5

  60 0,3817 3,8170 232

  IF =>

  para cada curva, foram realizadas

  14 Massa da Carga (g) y = -0,0103x + 12,98

  12 2.123,82

  )

  4.966,58

  in

  10

  m

  8.449,58

  10 g/ (

  8

  ca si ás

  6 M y = -0,0008x + 3,9956

  ão

  4

  az

  V

  2 y = -1E-05x + 0,883 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.28 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes massas de carga aplicadas ao PS puro.Tabela 3.34 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,05 (g/g).

  Massa da Tempo Massa da Vazão Tempo

Carga Amostra de Corte Amostra Mássica Decrescente

(g) (s) (g) (g/10min) (s)

  4.966,58

  1 60 4,6100 295 0,4610 2 60 0,4671 4,6710 235

  IF =>

  3 60 4,7480 175 0,4748 4 60 0,4769 4,7690 115

Tabela 3.35 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,10 (g/g).

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  3,7797

  54 0,3427

  6

  54

  5 60 0,3699 3,6990

  60 0,3620 3,6200 114

  4

  60 0,3531 3,5310 174

  3

  2 60 0,3447 3,4470 234

  IF =>

  60 0,3375 3,3750 294

  1

Tabela 3.36 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,15 (g/g).

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  7 47 0,3478 4,4032

  47

  60 0,3962 3,9620

  6

  60 0,3877 3,8770 107

  5

  4 60 0,3810 3,8100 167

  60 0,3731 3,7310 227

  3

  IF =>

  2 60 0,3602 3,6020 287

  60 0,3565 3,5650 347

  1

Tabela 3.37 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,22 (g/g).Tabela 3.38 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,30 (g/g).

  IF => 2 180 0,2533 0,8443 1.109

  1,4798

  29 0,0712

  9

  29

  7 180 0,3792 1,2640 209

8 180 0,4103 1,3677

  6 180 0,3561 1,1870 389

  5 180 0,3129 1,0430 569

  4 180 0,2935 0,9783 749

  3 180 0,2698 0,8993 929

  1 180 0,2456 0,8187 1.289

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

  Massa da Carga (g) Amostra Tempo de Corte (s) Massa da Amostra (g) Vazão Mássica (g/10min) Tempo Decrescente (s) 4.966,58

Tabela 3.39 – Resultados do ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica para a mistura PS com concentração de PUR igual a 0,40 (g/g).

  7 56 0,1852 1,9819

  56

  6 120 0,3881 1,9405

  5 120 0,3800 1,9000 176

  4 120 0,3698 1,8490 296

  3 120 0,3613 1,8065 416

  IF => 2 120 0,3456 1,7280 536

  1 120 0,3274 1,6370 656

  A Figura 3.29 apresenta a Vazão Mássica em função do tempo decrescente de

  5,0 Concentração de PUR (g/g)

  4,5

  y = -0,0009x + 4,8841

  0,00 4,0

  )

  0,05

  y = -0,0008x + 3,9956 in

  3,5 0,10

  0m y = -0,0014x + 4,0294

  /1

  0,15 3,0

   (g y = -0,0014x + 3,773

  0,22

  ca

  2,5 y = -0,0014x + 3,0987

  si

  0,30

  ás

  2,0 0,40

   M ão y = -0,0005x + 1,9862

  1,5

  az

  V

  1,0 0,5

  y = -0,0005x + 1,3496

  0,0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400

  Tempo Decrescente de Execução do Ensaio (s)

Figura 3.29 – Vazão mássica versus tempo decrescente de execução do ensaio para diferentes concentrações de PUR em PS. Interpolação linear com respectivas equações.

  Todos os ensaios foram realizados com carga da massa igual a 4.966,58 gramas.

  Os Índices de Fluidez Modificados foram determinados a partir do coeficiente linear das equações provenientes das interpolações lineares. Na Tabela 3.40 são apresentados os resultados da determinação do IF m para o PS e misturas com diferentes concentrações de PUR, determinados com diferentes massas da carga utilizadas no plastômetro durante a realização dos ensaios.

  O Índice de Fluidez Modificado é representado em função da massa da carga para o

  PUR m

  PS com diferentes C na Figura 3.30. O IF aumenta à medida que é aumentada a massa da carga devido à elevação da pressão dentro do reservatório do plastômetro.

  14

  ) in

  12

  0m /1 (g o

  10 C (g/g)

  ad ic

  0,00

  if

  8

  od

  0,05

   M

  0,10

  6

  ez

  0,15

  id lu

  0,22

  4 F

  e

  0,30

   d ce

  2 0,40

  di Ín

  2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000

  Massa da Carga (g)

Figura 3.30 – Índice de Fluidez Modificado versus massa da carga para diferentes concentrações de PUR em PS.

  A Tabela 3.41 apresenta os Índices de Fluidez obtidos através de norma [ASTM D1238-99].

Tabela 3.41 – Índice de Fluidez do PS e misturas com diferentes concentrações de PUR e

  O gráfico do IF e IF m em função da C PUR para as misturas de PS e PUR está

  m

  representado na Figura 3.31. Pode-se verificar que o IF é menor que o IF devido ao acréscimo da vazão mássica a medida que o pistão se aproxima do final de curso dentro do reservatório do equipamento de IF.

  6 Índice de Fluidez Modificado

  5

  )

  Índice de Fluidez Normalizado

  in m

  10

  4

  g/ ( ez id

  3

  lu F e d

  2

  ce di Ín

  1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

  Concentração de PUR (g/g)

Figura 3.31 – Índice de Fluidez versus concentração de PUR em PS. Ensaios realizados com massa de carga igual a 4.966,58 gramas.

  Com a adição de PUR na matriz PS, a fluidez da mistura se eleva até a concentração de 0,05 g/g de PUR e então diminui até a concentração de 0,40 g/g de PUR.

  PUR

  Neste caso pode-se observar que aproximadamente até a C igual a 0,10 g/g, o PUR age temperatura e da pressão em cm³/kg, (T) a temperatura em K, (P) indica pressão em Pa, C

  t

  uma constante de valor igual a 0,0894 e T (T,P) é uma função de transição igual a zero para materiais amorfos.

  P = − + +

  V ( T , P ) V ( T ).[ o t

  1 C . ln( 1 )] T ( T , P ) (3.13) B ( T )

  A equação (3.13) é uma função complementar da equação (3.14), onde (b 1m ) indica

  • 4 -7

  uma constante igual a 9,77.10 m³/kg, (b 2m ) constante igual a 2,10.10 m³/kg.K, (T) a temperatura em K e (b

  5 ) é a temperatura de transição igual a 364 K a pressão relativa igual a zero.

  V ( T ) = b b .( T − b ) (3.14) + o 1 m 2 m 5 A equação (3.14) é outra função complementar da equação (3.15), onde (b 3m ) indica

  

8 -3

4m

  uma constante igual a 2,6.10 Pa, (b ) constante igual a 5,0.10 1/K, (T) a temperatura em K e (b 5 ) é a temperatura de transição igual a 364 K a pressão relativa igual a zero.

  B ( T ) = b . exp[ − b .( T − b )] (3.15) 3 m 4 m 5 Aplicando as equações 3.12, 3.13 e 3.14 e seus parâmetros acima descritos, sobre a pressão de 0,1 MPa e a temperaturas de 23 até 260°C, obtêm-se a curva PVT do PS puro representada na Figura 3.32. Agora pode-se obter o volume específico do PS puro a 0,1 MPa e 200°C, o qual equivale a 0,999862 cm³/g. Sendo assim, temos a massa específica

  1,015 1,01

  ) (200; 0,999862)

  1,005

  /g

  3 m

  1

   (c co ífi

  0,995

  ec sp E

  0,99

  e um

  0,985

  ol

  V

  0,98 0,975 100 150 200 250 300

  o Temperatura (

  C) Figura 3.32 – Curva volume vs temperatura para o PS puro [INNOVA - Fabricante de PS].

  Os resultados experimentais da determinação da massa específica (ρ) para as diferentes concentrações de PUR em PS estão na Tabela 3.42.

Tabela 3.42 – Resultados da determinação na massa específica do PS em função da concentração de PUR a 23°C.

  Concentração de PUR (g/g) 0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 0,30 0,40 Massa Específica (g/cm³) na mistura. Pode-se notar que a massa específica aumenta proporcionalmente ao aumento da concentração de PUR. Uma diferença de 0,56% para mais em relação ao valor indicado pelo fabricante do polímero foi encontrada na determinação da massa específica através da interpolação linear dos resultados experimentais. y = 0,1339x + 1,0555 y = 0,1339x + 1,0001

  0,9600 0,9800 1,0000 1,0200 1,0400 1,0600 1,0800 1,1000 1,1200

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

  Concentração de PUR (g/g) M as sa E sp ec íf ic a (g /c m ³)

  T = 200 °C T = 23 °C

  = 1,000138 g/cm³

Figura 3.33 – Massa específica do PS em função da concentração de PUR a 23°C. Projeção da curva a 200 °C com base na curva PVT do PS puro.

  Com as equações fornecidas pelo fabricante do material termoplástico foi possível montar uma parte da curva PVT do PS, a qual foi utilizada para determinar que a massa

  O

  3

3.1.3.2. Cálculo dos parâmetros reológicos

  As mesmas dimensões do aparelho de IF utilizado nos ensaios e demais equações (3.3, 3.4, 3.5, 3.6 e 3.7) descritos no item 3.1.1.2, foram utilizados para os cálculos dos parâmetros reológicos do PS e misturas com PUR.

  Na Tabela 3.43 são apresentados os resultados provenientes dos ensaios de IF m e dos cálculos utilizando as equações acima mencionadas.

Tabela 3.43 – Resultados dos cálculos para a determinação dos parâmetros reológicos das misturas PS/PUR.

  C (g/g) Massa da Carga (g)

  IF m (g/10min) P (MPa)

(MPa)

(g/cm³)

  Q (cm³/s) a (s -1 ) a (Pa.s)

0,00 2123,82 0,8830 0,2952 0,0193 1,0001 0,0015 1,6184 11939,1483

0,00 4966,58 3,9956 0,6903 0,0452 1,0001 0,0067 7,3234 6170,0939

0,00 8449,58 12,9800 1,1744 0,0769 1,0001 0,0216 23,7906 3231,2962

0,05 4966,58 4,8841 0,6903 0,0452 1,0060 0,0081 8,8994 5077,4270

0,10 4966,58 4,0294 0,6903 0,0452 1,0119 0,0066 7,2992 6190,5235

0,15 4966,58 3,7730 0,6903 0,0452 1,0178 0,0062 6,7952 6649,7559

0,22 4966,58 3,0987 0,6903 0,0452 1,0261 0,0050 5,5358 8162,4994

0,30 4966,58 1,9862 0,6903 0,0452 1,0355 0,0032 3,5160 12851,5915

0,40 4966,58 1,3496 0,6903 0,0452 1,0473 0,0021 2,3622 19129,1487

  A Figura 3.34 apresenta a relação entre a viscosidade aparente e taxa de cisalhamento aparente. Além dos resultados apresentados na Tabela 3.43, são utilizados a γγγγ

  5

  10 C = 0,40 g/g C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g

  4

  10 C = 0,15 g/g

  s) a.

  C = 0,10 g/g C = 0,05 g/g

   (P

  C = 0,00 g/g

  nte

  1000 MPI

  re pa A e d 100 da si co is

  10 V

  1

  4

  5

  1 10 100 1000

  10

  10

  • -1 Taxa de Cisalhamento Aparente (s )

Figura 3.34 – Viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente para PS puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PS puro, proveniente do

  MPI.

  O modelo de Yasuda se ajusta sobre a curva de referência (MPI) apresentada na

Figura 3.34. Modelo este apresentado pela equação (3.8). Os parâmetros da Equação de

  Yasuda que foram utilizados no ajuste da curva de referência do PS puro, estão na Tabela 3.44.

Tabela 3.44 – Parâmetros da equação de Yasuda (3.8), obtidos a partir da curva reológica

  3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

  10

  4

  2 10

  4

  2

  4

  6

  8

  10 C = 0,40 g/g C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g C = 0,15 g/g C = 0,10 g/g C = 0,05 g/g C = 0,00 g/g MPI

  V is co si da d e A pa re nte (P a. s) Taxa de Cisalhamento Aparente (s -1 )

Figura 3.35 – Viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente para PS puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PS puro, proveniente do

  MPI. Ampliação da Figura 3.34 e interpolação dos pontos experimentais do PS puro.

  

3.1.3.3. Correlação entre o ensaio de Índice de Fluidez e as equações de Yasuda e de

Bagley

  Aplicando o modelo de Yasuda na curva de viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento aparente do PS puro a 200°C e 0,1 MPa, conforme Figura 3.34. Obtemos os

  Na Tabela 3.45 e Tabela 3.46 são apresentados os resultados dos cálculos descritos acima.

Tabela 3.45 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η a ) para o PS puro.

  a

  IF m a Corrigida Massa da Erro C (g/g) Yasuda Corrigida Carga (g) Bagley (g/10min) (Pa.s) (Pa.s) (MPa)

  0,00 2123,82 0,8830 8174,26 3,5179 0,0131 8118,7989 0,00 4966,58 3,9956 4321,24 3,2680 0,0307 4195,7559 0,00 8449,58 12,9800 2121,33 3,9965 0,0523

  2197,3296

  a

Tabela 3.46 – Resultados da determinação da viscosidade corrigida (η ) para as misturas PS/PUR.

  Massa da

  IF m a Corrigida C (g/g) Corrigida Carga (g) (g/10min) (Pa.s) (MPa)

  0,05 4966,58 4,8841 0,0307 3452,7261 0,10 4966,58 4,0294 0,0307 4209,6483 0,15 4966,58 3,7730 0,0307 4521,9332 0,22 4966,58 3,0987 0,0307 5550,6213 0,30 4966,58 1,9862 0,0307 8739,2739 0,40 4966,58 1,3496 0,0307

  13008,1064 Na Figura 3.36 são apresentados graficamente os resultados da Tabela 3.45 e

Tabela 3.46. Como podem ser observados, os pontos experimentais se aproximam bastante da curva reológica. E portanto, pode-se atribuir um valor constante na correção.

  2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

  10

  4

  2

  4

  6

  8

  10 C = 0,40 g/g C = 0,30 g/g C = 0,22 g/g C = 0,15 g/g C = 0,10 g/g C = 0,05 g/g C = 0,00 g/g MPI

  V is co si d ad e A pa re nte (P a. s) Taxa de Cisalhamento Aparente (s -1 )

Figura 3.36 – Viscosidade aparente corrigida versus taxa de cisalhamento aparente para PS puro e com diferentes concentrações de PUR. Curva de referência para o PS puro,

  proveniente do MPI.

  Pode-se observar que o acréscimo de PUR na mistura aumenta gradativamente a viscosidade da mistura, exceto para as Concentrações de PUR menores que 0,10 g/g aproximadamente. A viscosidade da mistura com 40% de PUR em relação ao PS puro se elevou em aproximadamente 210% para a massa de carga de 4.966,58 g.

  Conforme demonstrados na figura acima, os valores de Viscosidade Aparente em função da Taxa de Cisalhamento Aparente foram corrigidos fazendo com que os pontos

Tabela 3.47 – Comparativo entre valores de IF m experimentais e calculados a partir da equação (3.10) e parâmetros da Tabela 3.45, para o PS puro.

  IF

  IF Massa m m Erro da Carga

Experimental Calculado

(%)

  (g) (g/10min) (g/10min)

  2.123,82 0,8830 0,8770 -0,68 4.966,58 3,9956 3,8796 -2,90 8.449,58 12,9800 13,4450 3,58

  Na Tabela 3.47, está representado o comparativo entre os valores do IF m experimentais e calculados a partir da equação (3.10), notar que foi utilizado um valor médio para o termo corretivo de Bagley. Os resultados dos IF m calculados para as massas de carga entre 2.123,82 até 8.449,58 gramas atendem a equação proposta. Sendo que o erro máximo entre IF m experimental e calculado para estas massas de carga foi de 3,58 %.

3.1.4. Conclusão

  O ensaio de determinação de Índice de Fluidez e vazão mássica foi aplicado para as três resinas termoplásticas (ABS, PSAI e PS) puras e misturadas com resíduos de espuma rígida de poliuretano nas seguintes concentrações: 0,05; 0,10; 0,15; 0,22; 0,30 e 0,40. É de extrema dificuldade a adição de altas concentrações de PUR nas matrizes termoplásticas estudadas e portanto não foi possível a fabricação de misturas com concentrações de PUR superiores a 0,40 g/g.

  As massas específicas das resinas termoplásticas puras e misturadas com PUR em várias concentrações, foram determinadas experimentalmente à temperatura de 23°C e os resultados obtidos para as resinas puras são próximos aos indicados pelos fabricantes dos termoplásticos puros, indicando que o procedimento utilizado para a determinação da massa específica está coerente. As massas específicas das resinas puras a 200 e 220 °C foram obtidas também através das curvas PVT ou equações fornecidas pelo fabricante do respectivo polímero. Então as massas específicas a 23ºC das misturas com PUR, foram determinadas considerando o mesmo comportamento encontrado à temperatura de 23°C, ou seja a mesma inclinação das interpolações lineares aplicadas aos pontos experimentais.

  O Índice de Fluidez e IF m foram determinados para cada mistura, sendo que o IF é um pouco menor que o IF m , diferença esta muito próxima e verificada para todos os ensaios. Sendo que este fato se deve ao aumento da vazão mássica à medida que o êmbolo se aproxima do final de curso dentro do reservatório do plastômetro. Este fenômeno pode ser justificado em função dos efeitos do atrito do êmbolo e da perda de carga devido ao fluxo no reservatório.

  De uma forma geral, o incremento na concentração de PUR nas misturas com as concentrações e massas de carga existentes entre, pelo menos, as duas curvas extremas da Figura 3.10.

  Os valores médios dos termos corretivos de Bagley (e) determinados através dos cálculos foram: 2,03 (ABS); 2,45 (PSAI) e 3,59 (PS); valores estes menores que 10 e portanto dentro dos critérios de validação da literatura [BRETAS, 2000]. Sendo que a diferença entre os valores para cada resina termoplástica indica a necessidade de se determinar o termo corretivo (e) para cada material em estudo.

  As curvas de referência obtidas junto às fontes bibliográficas (viscosidade aparente versus taxa de cisalhamento) ou curvas reológicas padrão utilizadas para cada material, foram determinadas através de experimentos utilizando um determinado lote de material. Como todos os processo possuem variação, os lotes de material utilizado nos ensaios de IF podem apresentar divergência do lote padrão, propiciando pequenas variações no cálculo do erro (e). Este fato também pode explicar a diferença encontrada entre o IF declarado pelo fabricante de ABS e o valor determinado experimentalmente, conforme descrito no parágrafo anterior a Figura 3.2.

  Através da equação (3.11) é possível conhecer a viscosidade de um polímero termoplástico através de ensaios de Índice de Fluidez Modificado, porém dentro das limitações do equipamento utilizado, tais como: massa de carga mínima e máxima, capacidade do reservatório e outras. Sendo assim, é possível determinar segmentos das curvas reológicas a partir do ensaio de Índice de Fluidez.

3.2. Ensaio de tração

  O ensaio de tração foi realizado para as três resinas termoplásticas puras: copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS), poliestireno de alto impacto (PSAI) e poliestireno (PS); e também para suas respectivas misturas com resíduos de espuma rígida de poliuretano (PUR). Foram utilizadas as seguintes concentrações de PUR nas misturas com as matrizes termoplásticas citadas: 0,05; 0,10; 0,15; 0,22; 0,30 e 0,40 gramas de PUR / gramas da mistura.

  Os ensaios foram realizados seguindo as normas ASTM D638-99 (Standard Test

  Method for Tensile Properties of Plastics)

  e ABNT NBR 9622 (Plásticos – Determinação das Propriedades Mecânicas à Tração). [ASTM D638-99; ABNT NBR9622, 1986]. Durante todos os ensaios de tração, a tensão instantânea foi calculada com a área inicial da secção do corpo de prova medida antes de iniciar o experimento.

3.2.1. Determinação das propriedades mecânicas do ABS puro e misturas com PUR

  Na Figura 3.37 são apresentados os pontos experimentais de Tensão (σ) e Deformação (ε), obtidos dos ensaios de tração realizados para o ABS e misturas com PUR. Somente uma curva para cada concentração de PUR está representada no gráfico, visto que as 5 curvas para cada C PUR praticamente se sobrepõem.

  40

  35 C = 0,00 g/g

  C = 0,05 g/g

  30 PUR PUR

  C = 0,10 g/g PUR C = 0,15 g/g

  a)

  25 PUR

  P C = 0,22 g/g PUR

  C = 0,30 g/g (M PUR

  20

  o C = 0,40 g/g PUR en

  15 T

  10

  5 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

  Deformação (mm/mm) Figura 3.37 – Tensão versus deformação do ABS com diferentes concentrações de PUR.

  Pode-se observar na Figura 3.37 que as tensões máxima e de ruptura e a deformação da ruptura decrescem com o aumento da C PUR . A máquina de tração utilizada nos ensaios, automaticamente determina o módulo de elasticidade (E), sendo assim foram também determinados os módulos utilizando os resultados experimentais para comparar os resultados e avaliar a qualidade do resultado fornecido pelo equipamento. Para cada ensaio, a máquina determina o conjunto de pontos de σ e ε, os quais foram analisados para determinar a parte linear de cada curva e então calcular o E conforme a equação (3.17), onde (E) indica o Módulo de Young, (σ) a tensão

  1

  C PUR = 0,40 g/g

Figura 3.38 – Gráfico tensão-deformação das misturas ABS/PUR e equações da parte linear das respectivas curvas.

  C PUR = 0,05 g/g

  C PUR = 0,10 g/g

  C PUR = 0,15 g/g

  C PUR = 0,22 g/g

  C PUR = 0,30 g/g

  C PUR = 0,00 g/g

  2

  T en o (M P

  y = 0,42646 + 2382,9x R= 0,99251 y = 0,32884 + 2515x R= 0,99346 y = 0,43592 + 2517,3x R= 0,99171 y = 0,46855 + 2575,1x R= 0,99225 y = 0,58783 + 2549,9x R= 0,99088 y = 0,55792 + 2746,8x R= 0,98935 y = 0,32763 + 2722,2x R= 0,99227

  7 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004

  6

  5

a) Deformação (mm/mm)

  4

  3 Foi utilizada uma curva por concentração de PUR, cujos resultados foram diretamente comparados com os respectivos módulos de máquina das curvas em questão. A Tabela 3.48 apresenta os resultados dos cálculos acima citados, bem como a diferença entre o E gerado pela máquina e o E calculado. Como a diferença entre ambos é pequena, o resultado é satisfatório. O Módulo de Elasticidade gerado pela máquina foi validado desta maneira e será utilizado nos estudos que seguem.

Tabela 3.48 – Comparação entre módulo de elasticidade da máquina e calculado.

  

E da máquina E calculado

(MPa) (MPa)

  0,00 2.427,9 2.382,9 -1,85 0,05 2.478,8 2.515,0 1,46 0,10 2.514,8 2.517,3 0,10 0,15 2.588,6 2.575,1 -0,52 0,22 2.567,3 2.549,9 -0,68 0,30 2.753,0 2.746,8 -0,23 0,40 2.739,9 2.722,2 -0,65

  C PUR (g/g) Diferença (%)

  Como a especificação do ABS utilizado apresenta alguns parâmetros os quais foram determinados com velocidades de ensaio divergentes de 5 mm/min, foram realizados ensaios com as velocidades especificadas a fim de comparar os resultados.

  10

  20

  30

  40

  50 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

a) Deformação (mm/mm)

  T en o (M P

  1 mm/min 5 mm/min

  50 mm/min

Figura 3.39 – Tensão versus deformação do ABS puro para diferentes velocidades de ensaio.

  A Figura 3.39 apresenta a tensão em função da deformação para diferentes velocidades de ensaio aplicados ao ABS puro. Pode-se notar que as propriedades se alteram em função da velocidade do ensaio conforme mencionado na literatura [SOUZA, 1982].

  A Tabela 3.49 mostra algumas as propriedades mecânicas extraídas da Figura 3.39, onde a velocidade do ensaio foi alterada para cada curva.

  A Figura 3.40 apresenta a tensão em função da velocidade de ensaio. Observa-se que à medida que se aumenta a velocidade do ensaio, as tensões máximas e de ruptura aumentam. A velocidade do ensaio afeta o escoamento de um modo geral, fazendo com que se observe tensões máximas mais altas, quanto maior for a velocidade do ensaio. [SOUZA, 1982]. As moléculas de um mesmo material sujeito a diferentes velocidades de deformação, possuem tempos diferentes para se orientarem. Sendo assim, as forças intermoleculares elevaram as tensões nos ensaios realizados com velocidades maiores.

  45

  40

a) P

  35

  (M o

  30

  en T

  25 Tensão Máxima Tensão de Ruptura

  20

  10

  20

  30

  40

  50

  60 Velocidade do Ensaio (mm/min) Figura 3.40 – Tensão versus velocidade do ensaio para o ABS puro.

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

  10

  20

  30

  40

  50

  60 Velocidade do Ensaio (mm/min)

  D ef or m ão ( m m /m m )

  na Ruptura na Tensão Máxima

Figura 3.41 – Deformação versus velocidade do ensaio para o ABS puro.

  A Figura 3.42 mostra o gráfico do módulo de Young em função da velocidade de ensaio. Pode-se observar que o E aumenta com o aumento da velocidade. Fenômeno este que se comprova com as observações já realizadas sobre as tensões e deformações. Sendo que, se na região linear da curva tensão versus deformação, a tensão diminui e a deformação é praticamente a mesma, o módulo de elasticidade aumenta conforme determinado pela equação (3.17).

  2450 2430 a)

  2410 P (M

  2390 de

  2370 da ci sti 2350 la E

  2330 de o

  2310 ul ód

  2290 M

  2270 2250

  10

  20

  30

  40

  50

  60 Velocidade do Ensaio (mm/min) Figura 3.42 – Módulo de elasticidade versus velocidade do ensaio para o ABS puro.

  Voltando a especificação do ABS puro utilizado nos ensaios e de posse das propriedades mecânicas determinadas através de ensaios realizados com velocidades de 1 e 50 mm/min, pode-se comparar os resultados experimentais com as informações do fornecedor do material. O módulo de elasticidade experimental, medido com velocidade de 1 mm/min, é 1,38 % maior que o valor de especificação. E a tensão máxima e respectiva deformação, experimentalmente determinadas com velocidade de ensaio de 50 mm/min, são respectivamente 4,05 % e 3,42 % menores que o especificado. Sendo assim, os resultados experimentais estão coerentes com as informações do fabricante do ABS puro.

  Na Tabela 3.50 estão os resultados experimentais dos ensaios de tração realizados para o ABS puro e misturas com diferentes concentrações de PUR.

Tabela 3.50 – Propriedades mecânicas do ABS puro e misturas com PUR.

  C PUR (g/g) Espécime máx (MPa) (mm/mm) máx (MPa) rup (mm/mm) rup

  E (MPa) 1 38,1000 0,0212 31,0923 0,5238 2447,80 2 38,7000 0,0208 32,0617 0,1110 2486,20 3 37,7000 0,0208 31,1240 0,2891 2432,10 4 38,9000 0,0208 32,1362 0,3782 2457,90 5 38,2000 0,0212 31,5333 0,3821 2427,90

  

Média 38,3200 0,0210 31,5895 0,3368 2450,38

Desvio Padrão 0,4817 0,0002 0,4972 0,1517 23,38 1 30,7000 0,0228 29,2336 0,0811 2474,60 2 30,6000 0,0232 29,0401 0,0875 2452,40 3 30,7000 0,0232 29,3974 0,0733 2478,80 4 30,7000 0,0240 29,3081 0,0824 2466,90 5 31,0000 0,0264 29,6653 0,0803 2499,30

  

Média 30,7400 0,0239 29,3289 0,0809 2474,40

Desvio Padrão 0,1517 0,0015 0,2296 0,0051 17,17 1 26,6000 0,0216 25,7283 0,0554 2373,00 2 28,0000 0,0196 26,8446 0,0604 2514,80 3 26,6000 0,0212 25,5720 0,0695 2422,30 4 28,1000 0,0208 26,4427 0,0686 2466,10 5 27,9000 0,0196 26,5693 0,0747 2470,50

  

Média 27,4400 0,0206 26,2314 0,0657 2449,34

Desvio Padrão 0,7701 0,0009 0,5529 0,0077 53,79 1 25,7000 0,0220 25,1924 0,0404 2636,90 2 25,3000 0,0212 24,6119 0,0493 2575,60 3 25,6000 0,0212 24,9915 0,0425 2569,60 4 25,3000 0,0204 24,5375 0,0579 2550,10 5 25,5000 0,0228 24,6863 0,0541 2588,60

  

Média 25,4800 0,0215 24,8039 0,0488 2584,16

Desvio Padrão 0,1789 0,0009 0,2774 0,0074 32,58 1 23,6000 0,0184 22,8778 0,0408 2582,60 2 24,0000 0,0176 23,2500 0,0406 2637,60 3 24,0000 0,0184 23,1979 0,0427 2587,70 4 23,9000 0,0180 23,0639 0,0410 2567,30 5 23,6000 0,0172 22,8853 0,0412 2513,00

  

Média 23,8200 0,0179 23,0550 0,0413 2577,64

Desvio Padrão 0,2049 0,0005 0,1723 0,0008 44,74 1 22,8000 0,0116 21,6201 0,0249 2753,00

  0,00 0,05 0,10 0,15 0,22 A média e o desvio padrão (S) foram calculados para cada conjunto de 5 espécimes ensaiados. Sendo cada conjunto formado por espécimes com material de mesma concentração de PUR. O desvio padrão foi calculado conforme equação (3.18), onde (x) indica o valor da observação e (m) o número de observações.

  ) .( 1 m m

  ) x ( x . m S 2 2

  − −

  ± = (3.18)

  Na Figura 3.43 são representados as médias das tensões em função das concentrações de PUR, dados estes apresentados na Tabela 3.50. Pode-se observar que as tensões máximas e de ruptura decrescem com o aumento da C PUR . Fica visível a participação do resíduo de PUR como uma carga dentro da matriz termoplástica. Outro aspecto interessante é a brusca diminuição na diferença entre a tensão máxima e de ruptura do ABS puro para a mistura com C PUR igual a 0,05 g/g. Sendo que esta diferença praticamente se mantém até a concentração de 0,40 g/g.

  26

  28

  30

  32

  34

  36

  38

  40 T

  en o (M P

  a)

  Tensão Máxima Tensão de Ruptura A Figura 3.44 representa a deformação em função da concentração de PUR. As barras verticais representam o respectivo desvio padrão para cada ponto que representa a média de 5 pontos experimentais. A deformação na tensão máxima diminui muito pouco conforme é aumentado a concentração de PUR. Já a deformação na ruptura diminui drasticamente quando é aumentado a C PUR de 0,00 para 0,05 g/g e depois continua diminuindo de forma menos acentuada até a concentração de 0,40 g/g. Este fenômeno mostra que o PUR diminui a tenacidade do ABS.

  0,350 na Tensão Máxima

  0,300 na Ruptura

  ) m

  0,250

  /m m

  0,200

  m ( ão 0,150 m or ef

  0,100

  D

  0,050 0,000

  0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

  Concentração de PUR (g/g) Figura 3.44 – Deformação versus concentração de PUR no ABS.

  3000 2900

  a)

  2800

  P (M

  2700

  e ad

  2600

  id ic

  y = 771,53x + 2433

  st

  2500

  la E

  2400

  de o

  2300

  ul ód

  2200

  M

  2100 2000

  0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

  Concentração de PUR (g/g) Figura 3.45 – Módulo de elasticidade das misturas ABS/PUR versus concentração de PUR.

3.2.2. Determinação das propriedades mecânicas do PSAI puro e misturas com PUR

  Na Figura 3.46 são apresentados os pontos experimentais de tensão (σ) e deformação (ε), obtidos dos ensaios de tração realizados para o PSAI e misturas com PUR. Somente uma curva para cada concentração de PUR está representada no gráfico, visto que

  PUR as 5 curvas para cada C praticamente se sobrepõem.

  5

  10

  15

  20 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

a) Deformação (mm/mm)

  0,00 g/g

  0,05 g/g 0,10 g/g 0,15 g/g 0,22 g/g 0,30 g/g 0,40 g/g

  T en o (M P

  C PUR Figura 3.46 – Tensão versus deformação do PSAI com diferentes concentrações de PUR.

  De forma análoga ao realizado para as misturas ABS/PUR, a parte linear das curvas apresentadas no gráfico acima estão representadas na Figura 3.47, onde são apresentados as respectivas equações lineares.

  2

  4

  6

  8

  10

  12 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008

  0,00 g/g

  0,05 g/g 0,10 g/g 0,15 g/g 0,22 g/g 0,30 g/g 0,40 g/g y = 0,39632 + 1840x R= 0,99898 y = 0,52597 + 2007,2x R= 0,99878 y = 0,48497 + 2042,3x R= 0,99877 y = 0,34649 + 2170,2x R= 0,99882 y = 0,49758 + 2303,5x R= 0,99855 y = 0,4737 + 2455,8x R= 0,99865 y = 0,30475 + 2632,7x R= 0,99405

a) Deformação (mm/mm)

  T en o (M P

  C PUR

Figura 3.47 – Gráfico tensão-deformação das misturas PSAI/PUR e equações da parte linear das respectivas curvas.

  A Tabela 3.51 apresenta os resultados da comparação entre o E gerado pela máquina e o E determinado experimentalmente. Como pode ser verificado na tabela, a diferença é pequena, confirmando a viabilidade na utilização do módulo de Young fornecido pela máquina.

Tabela 3.51 – Comparação entre módulo de elasticidade da máquina e calculado para o PSAI e misturas com PUR.

  Na Tabela 3.52 estão os resultados experimentais dos ensaios de tração realizados para o PSAI puro e misturas com diferentes concentrações de PUR. A média e o desvio padrão (S) foram calculados para cada conjunto de 5 espécimes ensaiadas. Sendo cada conjunto formado por espécimes com material de mesma concentração de PUR. O desvio padrão foi calculado conforme equação (3.18).

  Os dois valores achurados na Tabela 3.52, na coluna da deformação na ruptura e para as concentrações de PUR iguais a 0,05 e 0,15 g/g, foram retirados do cálculo da média e desvio padrão. Pois analisando visualmente as fraturas observa-se a presença de material estranho na fratura, o que provavelmente propiciou a ruptura naquela região.

Tabela 3.52 – Propriedades mecânicas do PSAI puro e misturas com PUR.

  C PUR (g/g) Espécime máx (MPa) (mm/mm) máx (MPa) rup (mm/mm) rup

  E (MPa) 1 19,8000 0,0116 18,0574 0,5717 1891 2 19,1000 0,0116 17,9555 0,6020 1832 3 18,9000 0,0112 17,7821 0,6301 1832 4 19,1000 0,0112 17,6404 0,5744 1879 5 19,1000 0,0112 17,7671 0,6195 1871

  

Média 19,2000 0,0114 17,8405 0,5995 1861

Desvio Padrão 0,3464 0,0002 0,1652 0,0262

  27 1 19,0000 0,0104 15,3916 0,1771 2096 2 19,0000 0,0104 17,2799 0,1918 2032 3 18,3000 0,0100 14,6387 0,0587 2019 4 18,2000 0,0104 14,9443 0,2164 2046 5 18,2000 0,0100 14,5790 0,2014 2021

  

Média 18,5400 0,0102 15,3667 0,1967 2043

Desvio Padrão 0,4219 0,0002 1,1169 0,0165

  31 1 17,9000 0,0096 14,0214 0,0952 2127 2 17,8000 0,0096 14,3565 0,0898 2111 3 17,1000 0,0092 13,5356 0,1258 2063 4 17,0000 0,0092 13,3269 0,0989 2064 5 17,0000 0,0092 13,4834 0,0956 2032

  

Média 17,3600 0,0094 13,7448 0,1011 2079

Desvio Padrão 0,4506 0,0002 0,4294 0,0142

  39 1 17,3000 0,0088 13,7385 0,0466 2134 2 17,5000 0,0092 13,2917 0,0454 2172 3 16,9000 0,0088 13,4238 0,0477 2203 4 16,8000 0,0088 14,2287 0,0181 2159 5 16,5000 0,0084 13,2151 0,0434 2078

  

Média 17,0000 0,0088 13,5796 0,0458 2149

Desvio Padrão 0,4000 0,0003 0,4143 0,0018

  47 1 17,9000 0,0088 16,0692 0,0146 2394 2 18,4000 0,0088 15,3469 0,0173 2336 3 17,3000 0,0084 14,5641 0,0198 2360 4 17,2000 0,0084 14,4747 0,0215 2349 5 16,9000 0,0080 14,5045 0,0182 2332

  

Média 17,5400 0,0085 14,9919 0,0183 2354

Desvio Padrão 0,6025 0,0003 0,7026 0,0026

  25 1 18,5000 0,0084 16,3894 0,0122 2451

  0,22 0,00 0,05 0,10 0,15 Na Figura 3.48 são representados as médias das tensões em função das concentrações de PUR. As barras verticais representam o respectivo desvio padrão para cada ponto que representa a média de 5 pontos experimentais. Nota-se que as tensões máximas e de ruptura decrescem com o aumento da C PUR até 0,15 g/g. Então ambas as tensões aumentam com o aumento de concentração até 0,40 g/g. A tensão máxima para a mistura com C PUR igual a 0,40 g/g é praticamente igual a encontrada para o material PSAI puro. E a tensão de ruptura é ligeiramente maior com a maior concentração ensaiada em relação ao PSAI puro.

  12

  13

  14

  15

  16

  17

  18

  19

  20

  21

  22 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

  Concentração de PUR (g/g) T en o (M P

  a)

  Tensão Máxima Tensão de Ruptura

  0,700 na Ruptura

  0,600 na Tensão Máxima

  ) m 0,500 /m m

  0,400

  m ( ão

  0,300

  m or ef

  0,200

  D

  0,100 0,000

  0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50

  Concentração de PUR (g/g) Figura 3.49 – Deformação versus concentração de PUR no PSAI.

  A Figura 3.50 mostra o módulo de elasticidade em função da concentração de PUR no PSAI. O acréscimo de PUR na mistura com PSAI gera uma elevação do módulo de eElasticidade, demonstrando que o PUR aumenta a rigidez da mistura. O módulo de Young da mistura com C PUR igual a 0,40 g/g é 22,24 % maior que o do PSAI puro.

  3000 2800

  a)

  2600

  P (M

  2400

  e ad

  y = 1895,3x + 1897,5 2200

  id ic st

  2000

  la E

  1800

  de o

  1600

  ul ód

  1400

  M

  1200 1000

  0,00 0,10 0,20 0,30 0,40

  Concentração de PUR (g/g) Figura 3.50 – Módulo de elasticidade versus concentração de PUR no PSAI.

3.2.3. Determinação das propriedades mecânicas do PS puro e misturas com PUR

  Na Figura 3.51 são apresentados os pontos experimentais de tensão (σ) e deformação (ε), obtidos dos ensaios de tração realizados para o PS e misturas com PUR. Somente uma curva para cada concentração de PUR está representada no gráfico, visto que

  PUR as 5 curvas para cada C praticamente se sobrepõem.

  10

  20

  30

  40 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035

  T en o (M P

  C PUR = 0,00 g/g

  C PUR = 0,40 g/g

  C PUR = 0,30 g/g

  C PUR = 0,22 g/g

  C PUR = 0,15 g/g

  C PUR = 0,10 g/g

  C PUR = 0,05 g/g Figura 3.51 – Tensão versus deformação do PS com diferentes concentrações de PUR.

a) Deformação (mm/mm)

  Pode-se observar na figura acima que o incremento na concentração de PUR diminui as tensões máximas e de ruptura das misturas de PS com PUR. De mesma maneira empregada para as misturas ABS/PUR e PSAI/PUR, os módulos de elasticidades foram determinados através do coeficiente angular das interpolações lineares sobre os pontos de cada segmento linear das curvas apresentadas na

Figura 3.51. A diferença entre os módulos originários da máquina e da determinação acima mencionada é também pequena (máximo erro igual a 2,26 %). Desta foram pode-se notar

  que para todas as misturas estudadas, o módulo de elasticidade gerado para máquina é

Tabela 3.53 – Comparação entre módulo de elasticidade da máquina e calculado para o PS e misturas com PUR.

  E da máquina E calculado (MPa) (MPa)

  0,00 3454,0 3442,5 -0,33 0,05 3344,6 3269,1 -2,26 0,10 3281,8 3316,4 1,05 0,15 3331,0 3359,9 0,87 0,22

  3353,6 3311,9 -1,24

  0,30 3365,9 3344,6 -0,63 0,40

  3268,3 3265,7 -0,08 C PUR (g/g) Diferença (%)

  Na Tabela 3.54 estão os resultados experimentais dos ensaios de tração realizados para o PS puro e misturas com diferentes concentrações de PUR. A média e o desvio padrão (S) foram calculados para cada conjunto de 5 espécimes ensaiados. Sendo cada conjunto formado por espécimes com material de mesma concentração de PUR. O desvio padrão foi calculado conforme equação (3.18).

Tabela 3.54 – Propriedades mecânicas do PS puro e misturas com PUR.

  3 31,6000 0,0184 31,1184 0,0261 3353

  5 24,6000 0,0236 24,5891 0,0252 3354

Média 25,1800 0,0216 24,7136 0,0293 3307

Desvio Padrão 0,6870 0,0016 0,4025 0,0041 45

  4 24,5000 0,0192 24,2760 0,0358 3324

  1 26,0000 0,0216 24,6101 0,0271 3338

2 25,8000 0,0216 25,3696 0,0279 3263

3 25,0000 0,0220 24,7233 0,0303 3254

  5 27,8000 0,0196 27,4438 0,0283 3312

Média 28,3000 0,0197 28,0022 0,0247 3351

Desvio Padrão 0,7176 0,0005 0,6862 0,0024 78

  4 27,5000 0,0204 27,3022 0,0254 3260

  3 28,1000 0,0192 27,8165 0,0247 3331

  2 29,0000 0,0192 28,6758 0,0231 3464

  1 29,1000 0,0200 28,7726 0,0219 3388

  5 31,4000 0,0192 30,9842 0,0240 3282 Média 31,9400 0,0184 30,9797 0,0233 3360 Desvio Padrão 0,8933 0,0006 0,3201 0,0018 50

  4 31,0000 0,0176 30,6115 0,0221 3361

  2 32,5000 0,0184 30,7533 0,0229 3419

  C PUR (g/g) Espécime máx (MPa) (mm/mm) máx (MPa) rup (mm/mm) rup

  1 33,2000 0,0184 31,4310 0,0215 3384

  4 36,3000 0,0188 35,8439 0,0243 3327

5 36,1000 0,0180 35,5532 0,0242 3353

Média 36,7600 0,0186 36,1503 0,0225 3379

Desvio Padrão 0,7733 0,0004 0,5645 0,0017 53

  3 36,2000 0,0188 36,0824 0,0206 3345

  2 37,5000 0,0184 37,0529 0,0225 3422

  1 37,7000 0,0188 36,2190 0,0210 3448

  5 41,8000 0,0156 41,7599 0,0157 3454

Média 42,2400 0,0154 42,2101 0,0155 3422

Desvio Padrão 0,6229 0,0007 0,6635 0,0006 64

  4 41,7000 0,0148 41,6406 0,0149 3397

  3 41,9000 0,0148 41,8121 0,0149 3448

  2 42,7000 0,0156 42,7309 0,0154 3323

  1 43,1000 0,0164 43,1068 0,0164 3487

  E (MPa)

  1 24,2000 0,0232 24,0070 0,0246 3396 0,22 0,00 0,05 0,10 0,15 Na Figura 3.52 são representados as médias das tensões em função das concentrações de PUR. As barras verticais representam o respectivo desvio padrão para cada ponto que representa a média de 5 pontos experimentais. Nota-se que as tensões máximas e de ruptura decrescem com o aumento da C PUR . Também se pode observar que as tensões máxima e de ruptura são praticamente as mesmas independente da concentração de PUR, visto que o poliestireno é uma material duro e frágil. A tensão máxima para a mistura com C PUR igual a 0,40 g/g é 51,56 % menor do que a encontrada para 0,00 g/g. o mesmo se observa para a tensão de ruptura.

  45 Tensão Máxima

  40 Tensão de Ruptura

  35

a) P (M

  30

  o en T

  25

  20

  15 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40

  Concentração de PUR (g/g) Figura 3.52 – Tensão versus concentração de PUR no PS.

  0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050

  

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40

Concentração de PUR (g/g) D ef or m ão ( m m /m m ) na Ruptura na Tensão Máxima

Figura 3.53 – Deformação versus concentração de PUR no PS.

  A Figura 3.54 mostra o módulo de elasticidade em função da concentração de PUR no PS. O acréscimo de PUR na mistura com PS influencia muito pouco no módulo de elasticidade. Entretanto, observa-se uma redução constante de E, atingindo 3,40 % para a concentração de PUR igual a 0,40 g/g.

  3700 3600

a) P (M

  3500 e ad id

  3400 ic st la

  3300 E de o

  3200 y = -234,3x + 3394,9 ul ód M

  3100 3000

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40

  Concentração de PUR (g/g) Figura 3.54 – Módulo de elasticidade versus concentração de PUR no PS.

3.2.4. Conclusão

  Através dos ensaios de tração realizados com o ABS puro em diferentes velocidades, pode-se comprovar o efeito da velocidade do ensaio sobre os resultados finais. As tensões máximas e de ruptura , assim como o módulo de elasticidade aumentam com velocidades de ensaio maiores.

  A incorporação de PUR na matriz termoplástica ABS, diminuiu as tensões máximas e de ruptura e também a deformação na ruptura e, por outro lado aumentou o módulo de elasticidade. Ou seja, os resíduos de PUR aumentaram e rigidez das misturas, porém

4. INJEđấO DE PEđAS

  Algumas peças técnicas foram injetadas com os materiais estudados, comprovando a viabilidade técnica da solução proposta.

Figura 4.1 – Peças técnicas injetadas com misturas de PSAI/PUR.Figura 4.2 – Peças técnicas injetadas com misturas de ABS/PUR.

5. CONCLUSÃO FINAL

  Foram estudadas as misturas de resíduos de espuma rígida de poliuretano (PUR) incorporado nas resinas termoplásticas copolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS), poliestireno de alto impacto (PSAI) e poliestireno (PS). As concentrações 0,05; 0,10; 0,15; 0,22; 0,30 e 0,40 gramas de PUR por grama de mistura, foram obtidas através de mistura mecânica com extrusora monorosca. Devido a grande diferença entre o peso específico dos polímeros termoplásticos e o resíduo de PUR, a qual dificulta a homogeneização das misturas e aumenta a fragmentação do extrudado, se torna inviável a obtenção de misturas com concentrações de PUR superiores a 0,40 g/g.

  A adição de resíduos de PUR nas misturas com os três polímeros termoplásticos praticamente reduz a fluidez das misturas. Entretanto, o aumento da C PUR até aproximadamente 0,05 g/g no PSAI não interfere na fluidez se comparado com a matriz termoplástica pura. Porém, a fluidez da mistura PS/PUR aumenta com o incremento da

  PUR

  C até aproximadamente 0,10 g/g, sugerindo uma característica de agente lubrificante nas respectivas concentrações.

  A viscosidade de um polímero termoplástico pode ser conhecida através da determinação de segmentos das curvas reológicas a partir do ensaio de Índice de Fluidez, considerando as limitações do equipamento utilizado.

  A incorporação de resíduos de PUR aumentaram a rigidez das misturas ABS/PUR e PSAI/PUR, mas diminuíram a tenacidade das mesmas. Para a mistura PS/PUR, a adição de PUR torna a mistura mais fraca devido à diminuição das tenções máxima e de ruptura. De uma forma geral, a incorporação de PUR nas matrizes termoplásticas ABS, PSAI e PS, sugere uma diminuição das tensões máximas e manutenção da deformação máxima.

  Também é de conhecimento a necessidade de melhorias no processo de extrusão, visando a correta incorporação dos resíduos de PUR na matriz termoplástica de trabalho, devido a grande diferença de massa específica dos materiais. O processo de injeção também deve ser otimizado em termos de parâmetros de processo, tais como pressão de injeção e de recalque, temperatura e outros, em função da mudança no comportamento reológico das misturas se comparadas com os polímeros puros. O processo de seleção e moagem dos resíduos de PUR também deve ser desenvolvido, buscando atender as normas regulamentadoras relativas ao meio ambiente e a segurança.

  Oportunidades de continuidade do presente trabalho: Estudar as alterações a nível molecular das misturas em função da adição de PUR;

  • Realizar análises térmicas nos materiais estudados;
  • Determinar as curvas reológicas das misturas;
  • Realizar ensaios de IF com temperaturas diferentes;
  • Utilizar materiais termoplásticos já reciclados na fábrica para a incorporação de PUR;

  Estudar outros polímeros termoplásticos como matriz na mistura com PUR;

  • Buscar materiais alternativos para incorporar as misturas já estudadas visando a otimização das características de cor, fluidez e propriedades mecânicas.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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