Otimização do desempenho mecânico de elastômeros nitrílicos a partir da produção de compósitos de nanotubos de carbono

Nanocargas de carbono como o grafeno e os nanotubos têm despertado grande interesse mundial desde as suas descobertas, graças às suas excelentes propriedades mecânicas, térmicas e elétricas. A utilização destas nanocargas na fabricação de materiais compósitos de matrizes elastoméricas tem se mostrado bastante promissora, levando ao aumento significativo das propriedades mecânicas destes materiais com a utilização de baixíssimos percentuais de nanocargas, em comparação ao negro de fumo e à sílica, cargas reforçadoras geralmente utilizadas. Neste trabalho, formulações à base de borracha nitrílica (NBR) foram processadas juntamente com negro de fumo e nanotubos de carbono, funcionalizados ou não, para avaliar os efeitos dos nanotubos no comportamento das composições. Foram realizados ensaios mecânicos, morfológicos e térmicos das composições visando investigar o efeito dos nanotubos em comparação com o desempenho da composição de referência, contendo 40 phr de negro de fumo. Os resultados mostraram uma tendência de aumento nas propriedades mecânicas das composições com o aumento do teor de nanotubos, sobretudo os não funcionalizados, em relação à composição de referência. A adição de nanotubos não funcionalizados à composição de borracha com 40 phr de negro de fumo proporcionou, para a composição contendo 10 phr da nanocarga, um desempenho superior nos ensaios de rasgamento, semelhante nos ensaios de dureza e inferior nos ensaios de tração e relaxação de tensão em relação ao desempenho da composição testada sem nanocargas e contendo maior teor de negro de fumo (60 phr). O desempenho em relação à composição de referência foi superior em todos os ensaios, exceto para a relaxação de tensão. No entanto, aglomerados de carga na imagem ampliada do corpo de prova de tração fraturado, obtida nos ensaios de MEV, indicam oportunidades de melhoria de desempenho. Embora a funcionalização de nanotubos vise uma melhor dispersão destes na matriz, as composições contendo nanotubos funcionalizados apresentaram desempenho nos ensaios abaixo do esperado, em virtude da grande aglomeração de carga observada na análise de MEV. Com base nos resultados, foi possível concluir que os nanotubos de carbono em pequenos teores possuem potencial para melhorar as propriedades da borracha NBR de forma significativa. No entanto, para que este potencial possa ser explorado em sua plenitude, faz-se necessária uma dispersão adequada dos nanotubos no interior da matriz, evitando a formação de aglomerados que prejudicam o desempenho das composições elastoméricasCarbon nanofillers such as graphene and nanotubes have aroused world’s interest since their discover, thanks to their excellent mechanical, thermal and electrical properties. The use of low contents of these nanofillers in the production of rubber nanocomposites has been proven promising, leading to significant increases in the overall mechanical properties of these materials, in comparison with common fillers, like carbon black and silica. In this work, nitrile rubber (NBR) compounds were processed with carbon black and carbon nanotubes, functionalized or not, to evaluate the nanotube’s effect in the behavior of the compounds. Mechanical, morphological and thermal tests were performed in order to investigate the nanotube’s effect in comparison to the reference compound, containing 40 phr of carbon black. The results showed an increasing trend in the mechanical properties of the compounds with the increase of nanotubes content, especially unfunctionalized. Taking the 40 phr carbon black as a reference, the compound containing 10 phr of unfunctionalized nanotubes presented a better performance in the tear tests, similar in the hardness tests and lower performance in the tensile and stress relaxation tests, in comparison to the highest carbon black content compound tested (60 phr) with no nanotubes. Compared to the reference composition, the performance was better in the majority of the tests, except for stress relaxation performance. However, these results could be even better, once the presence of agglomerates was noted in SEM. Although the process of functionalization has the objective of improve the dispersion inside the rubber matrix, the compounds containing functionalized carbon nanotubes presented performance below the expectation, as a result of the great amount of agglomerates along the rubber matrix as observed in SEM images. In summary, it is possible to conclude that low contents of carbon nanotubes have the potential to improve the NBR properties in a meaningful way. Nonetheless, in order to explore this potential in its fullness, it is necessary to achieve an appropriate dispersion inside the rubber matrix, avoiding the occurrence of agglomerates responsible for decreasing the rubber’s performance110 f