Instruções de Envio Anais



Baixar 51.81 Kb.
Encontro14.02.2018
Tamanho51.81 Kb.

UTILIZAÇÃO DE GEL CONDUTIVO NA OBTENÇÃO DE PEÇAS DE POLIPROPILENO PINTADAS POR SISTEMA ELETROSTÁTICO

E. S. Padilha1, L. C. Scienza2



1 Marcopolo S.A. – Unidade Ana Rech – Caxias do Sul - RS

2 Universidade Caxias do Sul – Centro de Ciências Exatas e Tecnologia

Francisco Getúlio Vargas, 1130 – Caxias do Sul – RS – Brasil – CEP. 95070-560



lcscienz@ucs.br
RESUMO

Compósitos de polipropileno (PP) reforçados com fibra de vidro (FV) são muito utilizados devido às propriedades físicas e químicas que apresentam. É comum a aplicação de um gel coat a fim de garantir a adesão da tinta. Neste trabalho foi realizado um estudo comparativo de compósitos PP/FV revestidos com um gel coat não condutivo e com um gel coat condutivoo), empregado visando à redução de névoa de tinta líquida aplicada por processo eletrostático. Não houve variação na morfologia e na resistência mecânica e o ensaio de inflamabilidade foi satisfatório. O compósito com gel condutivo apresentou maior estabilidade térmica. Com as amostras pintadas, ambos os revestimentos apresentaram resultados satisfatórios no ensaio de aderência, porém as amostras com gel condutivo apresentaram espessura de camada de tinta 28% superior àquelas com gel não condutivo. Concluiu-se que a aplicação do gel coat condutivo possibilita um maior aproveitamento de tinta quando aplicada pelo método eletrostático.


Palavras-chave: compósito, gel coat condutivo, pintura eletrostática.

INTRODUÇÃO

O polipropileno (PP) tornou-se uma das mais importantes resinas termoplásticas da atualidade devido à excelente combinação das propriedades mecânicas e térmicas combinadas com o aspecto econômico.(1) O PP tem grandes aplicações na área automotiva e eletrodoméstica devido a sua dureza, resistência à flexão e a altas temperaturas. Para melhorar suas propriedades térmicas e mecânicas faz-se necessário a utilização de aditivos. Com a adição de fibra de vidro é possível melhorar sua resistência mecânica, o negro de fumo e partículas/fibras de aço ajudam nas propriedades elétrica e térmica, enquanto talco, mica e carbonato de cálcio, melhoram a rigidez.(2)

Uma das características dos compósitos de matriz polimérica é atuar como material isolante, no entanto, devido à demanda nas diversas áreas em que estes materiais estão sendo aplicados, a área de engenharia vem procurando combinar as propriedades elétricas dos metais com a versatilidade dos compósitos poliméricos.(3) Cada vez mais grupos de pesquisa estão atuando no desenvolvimento de materiais condutores com boas propriedades mecânicas.(4) De acordo com Santos et al.(3), o método mais utilizado para aumentar a condutividade é através da incorporação de aditivos condutivos, entre os quais destaca-se o negro de fumo, que é utilizado na forma de partículas que, além de melhorar a condutividade elétrica dos compósitos, melhoram também suas propriedades mecânicas.(5)

Quando propriedades de superfície devem ser alteradas, faz-se o uso de gel coatings.(6) O gel coat é obtido através da mistura de vários ingredientes como resina, carga mineral, pigmentos, agente tixotrópico e aditivos, tornando-se uma matéria-prima muito complexa. Os aditivos são utilizados conforme as requisições de trabalho especificadas a partir da aplicação final em que a peça será submetida. Como exemplo, pode-se utilizar: aditivo absorvedor de ultravioleta, para dar proteção contra a ação dos raios solares, aditivo autonivelante, que serve para alisar e reduzir a aparência de casca de laranja da superfície das peças, aditivo negro de fumo, que serve para tornar as peças condutivas, entre outros tipos de aditivos.

O gel coat serve também como acabamento substituindo a pintura convencional, ou como superfície em peças que devem ser pintadas posteriormente.(8) A peça sendo condutiva pode ser pintada por sistema de pintura eletrostático, onde ocorre uma redução significativa do consumo de tinta comparando com uma peça não condutiva, além de minimizar a formação de névoa, o que reduz a insalubridade do ambiente de pintura industrial. Dentro deste contexto, o presente estudo faz um comparativo de compósitos de polipropileno e fibra de vidro (PP/FV) revestido com um gel coat condutivo e com um gel coat não condutivo.
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
Foram utilizados corpos de prova de polipropileno (PP) e fibra de vidro (FV), com uma fração mássica de fibras de 30% (m/m), com gel coat condutivo e com gel coat não condutivo. O gel coat utilizado era um composto à base de resina poliéster ortoftálica, sendo este material desenvolvido para aplicações que exigem de alta à excelente rigidez, resistência ao impacto e bom acabamento superficial. Os corpos de prova foram usinados através de um torno-fresadora da CNC modelo MMC-LM.

A tinta utilizada foi um primer epóxi e uma tinta base poliuretano acrílico do fornecedor DuPont.


Ensaios de caracterização
Os ensaios de tração foram realizados no equipamento de marca EMIC, modelo DL 10000, conforme a NBR 8253:1983. Para a realização deste teste, foram confeccionados através de usinagem e do torno-fresadora, 5 corpos de prova de cada amostra. A velocidade do ensaio foi de 50 mm/min.

O ensaio de impacto foi conduzido em aparelho de impacto IZOD AIC modelo PW4 de marca Pantec, conforme a NBR 8425:1984. Foi utilizado um pêndulo de 4 J. Para a obtenção dos valores médios do ensaio de impacto foram analisados 10 corpos de prova de cada amostra. Todos os corpos de prova foram entalhados através de uma mini-fresadora da marca EMIC modelo PWE 03.

O ensaio de inflamabilidade foi realizado em uma câmara de combustão de aço inoxidável confeccionada internamente conforme a Directive 95/28/EC. Para a realização do teste foram confeccionados corpos de prova com dimensões de 360 x 100 mm. A medição do tempo de queima foi realizada com um cronômetro digital, sendo iniciada no momento que a base da chama passa pelo primeiro ponto (ponto de referência) e é completada quando a chama alcança o último ponto de medição, ou quando a chama é extinta.

Na análise da superfície das amostras por microscopia eletrônica de varredura (MEV) foi utilizado o equipamento de microscopia de modelo SSX-550 marca Shimadzu, empregando uma voltagem de 15 kV. A preparação das amostras foi feita a partir de um processo de deposição de ouro por magnetron-sputtering.

Para a medida de resistência elétrica dos compósitos foi utilizado um megômetro digital da marca Minipa, modelo MI-60.

O equipamento utilizado na análise térmica foi o analisador Termogravimétrico Shimadzu, modelo TGA 50. O ensaio prosseguiu com uma taxa de elevação de temperatura de 10 ºC/minuto na temperatura de 25 ºC até 800 ºC, em um fluxo de nitrogênio de 50 mL/minuto.


Pintura e caracterização do material

A pintura dos compósitos foi realizada em linha de processo por sistema de pulverização eletrostática.

Para a realização da medida de espessura de camada foi utilizado um equipamento de ensaio destrutivo modelo Byko-cut universal, marca BYK-Gardner, conforme norma ASTM D4138:2007.

O ensaio de aderência com fita adesiva foi realizado conforme a NBR 11003:2009. Após a remoção da fita comparou-se o resultado do desplacamento na área quadriculada com o padrão de especificações de resultados.


RESULTADOS
A Tabela 1 apresenta o resultado obtido para as propriedades mecânicas dos compósitos. Na avaliação geral dos resultados obtidos constatou-se que, considerando o desvio-padrão, as propriedades mecânicas avaliadas apresentaram-se muito próximas em ambos os sistemas, não sendo significativamente consideráveis as diferenças nos valores obtidos.
Tabela 1. Propriedades mecânicas dos compósitos de PP/FV com gel coat condutivo e com gel coat não condutivo.



Propriedade (unidade)

Compósito PP/FV com gel condutivo

Compósito PP/FV com gel não condutivo

Resistência à tração na força máxima (MPa)

64,67 ± 5,71

68,24 ± 3,70

Resistência à tração na ruptura (MPa)

64,00 ± 5,91

67,71 ± 3,75

Módulo de elasticidade (MPa)

5632 ± 358,40

7085 ± 1563

Alongamento na ruptura (%)

1,70 ± 0,23

1,46 ± 0,22

Resistência ao impacto (J/m)

517,40 ± 139,65

491,90 ± 109,72

Na realização do ensaio de inflamabilidade, o compósito PP/FV com gel coat não condutivo apresentou comportamento auto-extinguível, pois no momento em que foi desligado o bico de Bunsen, a chama não se propagou na amostra, conforme visualizado na Fig. 1(a). O compósito PP/FV com gel coat condutivo apresentou um comportamento um pouco diferente. Após o desligamento da chama, a amostra continuou queimando por algum tempo, com uma velocidade da queima foi baixa (7,19 mm/minuto), o que aprova uso em na construção de veículos a motor, pois, conforme a Directive 95/28/EC, é considerado satisfatório o material cuja velocidade de queima não exceda 100 mm/minuto. Provavelmente, este comportamento se deve ao negro de fumo presente no gel coat, pois o negro de fumo é produzido através de pirólise ou queima incompleta de materiais que contenham derivados de carbono.(5) A distância queimada é a parte decomposta da amostra, Fig. 1(b).

Figura 1– Aspecto dos compósitos PP/FV após o ensaio de inflamabilidade: (a) gel coat não condutivo e (b) gel coat não condutivo.
As Fig. 2(a) e (b) são imagens obtidas por MEV correspondentes às amostras do compósito PP/FV com gel coat não condutivo e não condutivo, respectivamente. Analisando as imagens percebe-se que ambos os sistemas apresentam morfologia muito semelhante, observando que a superfície polimérica não é totalmente lisa, com fibra de vidro interceptando a superfície. Assim, não foi constatada influência do gel coat na morfologia dos compósitos.




(a)



(b)

Figura 1 – Micrografias das amostras do compósito PP/FV: (a) com gel coat não condutivo

e (b) com gel coat condutivo

Comparando as curvas termogravimétricas dos dois sistemas, Fig. 3, percebe-se que a amostra com gel coat condutivo possui maior estabilidade térmica e menor perda de massa em relação ao tempo de queima. Observando-se duas zonas de degradação térmica, onde a primeira, mais extensa (entre 50 ºC e 420 ºC), onde foi obtidae a maior perda de massa observada em ambos os casos. A segunda zona de degradação diferiu significativamente para os compósitos, onde é constatado uma maior degradação do compósito PP/FV com gel coat não condutor. O resíduo percentual das amostras foi 21,4% e 65,8% para a amostra do compósito PP/FV com gel coat não condutivo e do compósito PP/FV com gel coat condutivo, respectivamente, sendo que este percentual maior foi atribuído à presença do negro de fumo (pigmento inorgânico) existente na composição do gel coat condutivo, pois a temperatura de degradação térmica desta carga é de 900ºC.
Figura 3 – Curvas termogravimétricas dos compósitos PP/FV com gel coat condutivo e gel coat não condutivo.
Foram realizadas as medições de resistência elétrica nos corpos de prova compósito PP/FV com gel coat não condutivo, sendo que este material não permite a passagem da corrente elétrica, apresentando elevada resistência. A resistência elétrica nos corpos de prova compósito PP/FV com gel coat condutivo foi de 58 MΩ, evidenciando a condutividade do material. Embora muito maior que a resistência de metais (alumínio é 1 MΩ, por exemplo), esta condutividade é suficiente para possibilitar o uso de sistema de pintura eletrostático.

Os revestimentos de tinta apresentaram uma espessura média de 58 ± 3,87 µm e de 70 ± 4,02 µm para os compósitos PP/FV com gel coat não condutivo e condutivo, respectivamente. Todas as amostras apresentaram excelente aderência (seca) ao substrato (GR0), não apresentando evidências de desplacamento.



CONCLUSÕES

As propriedades mecânicas (resistência à tração e ao impacto) dos compósitos PP/FV com gel coat condutivo e com gel coat não condutivo foram semelhantes, não sendo influenciadas pela carga existente no gel condutivo.

O ensaio de inflamabilidade com compósitos com ambos gel coatings foi considerado satisfatório para materiais utilizados na construção de veículos a motor;

A morfologia observada para ambos compósitos foi semelhante, com fibras de vidro interceptando as superfícies poliméricas, que não são totalmente lisas.

Na análise termogravimétrica dos compósitos PP/FV com gel coat condutivo e não condutivo a zona de degradação térmica do polímero foi observada em ambos os casos, porém, além de apresentar maior estabilidade térmica, o compósito com gel coat condutivo apresentou maior resíduo percentual na queima completa.

O resultado médio das espessuras de camada de tinta foi de 58 µm para o compósito PP/FV com gel coat não condutivo e 70 µm para o compósito PP/FV com gel condutivo, aproximadamente 28% superior, indicando uma maior quantidade de tinta depositada.

A aplicação do gel coat condutivo não produz alterações significativas nas propriedades mecânicas e morfológicas do compósito PP/FV, contudo, constatou-se um maior aproveitamento de tinta líquida quando aplicada pelo método eletrostático.
REFERÊNCIAS

1. ABREU, F. O.; FORTE, M. M. C.; LIBERMAN, S. A. Propriedades mecânicas e morfologia de blendas de polipropileno com TPEs. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Porto Alegre, v.16, n.1, p. 71-78, 2006.


2. CRUZ, M. C. A. Correlações entre propriedades dinâmico-mecânicas e durabilidade sob fadiga mecânica em compósitos de polipropileno/polipropileno maleificado/fibra de vidro. 2006. 247 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Paulo, 2006.
3. SANTOS, M. A. et al. Compósitos de borracha natural com compostos condutivos à base de negro de fumo e polímero condutor. Polímeros: ciência e tecnologia, São Carlos, v.11, n.3, p. 126-134, 2001.
4. AMARAL, T. P. et al. Estudo das propriedades de compósitos de polianilina e resina epoxídica. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Rio de Janeiro, v.11, n.3, p. 149-157, 2001.
5. ALVES, A. L. Preparação e caracterização de compósitos condutores obtidos a partir da borracha natural com raspa de couro e negro de fumo. 2009. 126 f. Tese (Doutorado em Ciência e Tecnologia de Materiais) – Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Presidente Prudente, 2009.
6. MESQUITA, F. N. A. Simulação do comportamento mecânico de tubos em PRFV submetidos à pressão hidrostática. 2008. 124 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas) – Universidade de Brasília, Brasília, 2008.
8. TEIXEIRA, M. G. Aplicação de conceitos da ecologia industrial para a produção de materiais ecológicos: o exemplo do resíduo de madeira. 2005. 159 f. Dissertação (Mestrado em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo) – Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2005.


USE OF CONDUCTIVE GEL IN OBTAINING PARTS OF POLYPROPYLENE PAINTED BY ELECTROSTATIC SYSTEM

ABSTRACT

Polypropylene (PP) composites reinforced with fiberglass (FV) are used widely due to their chemical and physical properties. It is common to apply a gel coat to ensure the adhesion of paint. In this paper we present a comparative study of PP/FV composites coated with a gel coat non-conductive and a gel coat conductive (containing carbon black), employed in order to reduce fog liquid paint applied by electrostatic process. There was no change in the morphology and mechanical strength and flammability test were satisfactory. The composite with conductive gel coat showed greater thermal stability. With the painted samples, both gel coating showed satisfactory results in adherence, but the paint films on the PP/FV with conductive gel coat were 28% thicker than those with non-conductive gel. It was concluded that the application of the conductive gel coat provides greater economy of paint when applied by electrostatic method.


Key-words: composite, polypropilene/fiberglass, conductive gel coat, electrostatic painting.

Compartilhe com seus amigos:


©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal