AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E … · com tensão de aceleração de 10KV. ... em N 2 e...
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AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS E MORFOLÓGICAS DAS ESPUMAS DE EVA COM A
INCORPORAÇÃO DE EVA RESÍDUO
Anisabel Buzzatti1*, Arthur S. Neto 2, Laura B. Gonella 3, Mara Zeni 4, Ademir J. Zattera 5
1*Depto. de Engenharia Química da UCS, Caixa Postal 1352, 95070-560 Caxias do Sul/RS - [email protected];
2Depto. de Engenharia de Materiais da UCS – [email protected];
3Depto. de Engenharia Química da UCS –
[email protected]; 4Depto. de Físico-Química da UCS – [email protected];
5Depto. de Engenharia Química da UCS - [email protected]
Evaluation of Mechanical and Morphological Properties of EVA foam with EVA residue incorporation
The poly (ethylene-co-vinyl acetate) residue (EVA-r) is a crosslinked material, which can be used as filler in foam
compositions. In this work, morphological and mechanical properties of EVA foams with or without EVA-r were
investigated. The blends were expanded into foams and they were characterized by Scanning Electronic
Microscopy(SEM) and Mechanical properties. These tests were performed on these EVA foams of densities ranging
100 until 190 Kg.m-3. The results showed that the mechanical properties of foam compositions were clearly modified by
the addition of EVA-r, which contributed with the decrease of the density. The morphology was also affected with the
increase of EVA-r, showing some wrinkled cell faces. These results indicated that EVA-r can act as non-reinforcing
filler.
Keywords: EVA-r; EVA foams; SEM; Mechanical properties
Introdução
As espumas de poli(etileno-co-vinil acetato) (EVA) têm uma estrutura de célula fechada
que consiste em bolhas de ar separadas por uma membrana de fase contínua e sólida que
pode ser rígida ou flexível. Quando uma espuma é submetida a uma pressão constante, as
propriedades mecânicas decrescem, pois ocorre uma deformação da matriz [1]. A maioria
dos calçados para corrida possui sola e a entresola de espuma produzida com EVA e
moldada por compressão [2]. A utilização do EVA expandido em forma de placas se deve
as suas características de: boa resistência química e a intempéries; baixa absorção de
umidade; alta resistência ao impacto, e custo acessível.
O resíduo de EVA (EVA-r) é um material proveniente dos retalhos de placas expandidas
para a confecção de solas e entresolas da indústria de calçados, e por ser um material que
possui estrutura reticulada, geralmente não é reaproveitado. A incorporação desse material
em forma de resíduo em novas misturas tem a função de atuar como carga, resultando em
um material com melhores propriedades mecânicas, onde há a diminuição do custo do
produto final, e a contribuição para a redução do impacto ambiental [3].
Anais do 9o Congresso Brasileiro de Polímeros
O EVA-r apresenta um grande potencial de uso, por algumas empresas, como carga em
formulações, nas quais podem ser classificadas de acordo com seu desempenho como:
cargas de reforço ou de enchimento. Quando atua como carga de reforço promove melhoria
nas propriedades mecânicas como: resistência à compressão, à tração e ao rasgamento; e
quando atua como carga de enchimento diminui o custo do produto final e contribui com o
meio ambiente [10].
Neste trabalho foram avaliados os efeitos da incorporação do EVA-r nas propriedades
morfológicas das espumas de EVA, e também os resultados de ensaios mecânicos de
compressão variando as concentrações de EVA-r na formulação das espumas, e
comparando-as com espumas sem a adição de EVA-r.
Experimental
Materiais
As espumas foram preparadas utilizando azodicarbonamida como agente expansor (Infinity
Colors); óxido de zinco para reduzir a temperatura de ação do expansor e ácido esteárico
como auxiliar de mistura (Quimibrás); peróxido de dicumila como agente reticulante
(Retilox); EVA - 19% acetato de vinila (VA) (Politeno); EVA-r proveniente da indústria
calçadista da região de Três Coroas – RS.
Análise Termogravimétrica (TGA) e Teor de Gel do EVA-r
A técnica da análise termogravimétrica do EVA-r foi realizada num equipamento Shimadzu
TGA-50. O material foi aquecido na faixa de 25°C a 810°C com taxa de aquecimento de
20°C.min-1
sob atmosfera de N2. A determinação do teor de gel do EVA-r foi realizada de
acordo com a norma ASTM D 2765. A amostra permaneceu 12 em refluxo com xileno e
após foi seca em estufa a vácuo. O teor de gel foi determinado como sendo o percentual de
resíduo remanescente após 12 horas em refluxo, descontando o teor de carga inorgânica e
dividindo pela massa inicial da amostra.
Preparação das misturas
O EVA e as misturas de EVA/EVA-r foram preparados nas proporções (100; 95/5; 90/10;
85/15%g) num misturador Haake a 95°C com velocidade da rosca de 60 rpm por 8
minutos.
Na formulação das misturas de EVA utilizamos: 5%g de azodicarbonamida; 2,5%g de
óxido de zinco; 1,5%g de ácido esteárico e 2,0%g de peróxido de dicumila.
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Preparação das espumas
As espumas foram obtidas por compressão em prensa à quente a 170°C, sob pressão de
aproximadamente 10.000N por 10 minutos.
Análise Morfológica
A morfologia das espumas foi analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).
As amostras para esta análise foram obtidas a partir da fratura criogênica em nitrogênio
líquido, e foram analisadas no microscópio eletrônico de varredura JEOL-JEM 1200ExII
com tensão de aceleração de 10KV.
Propriedades Mecânicas
Foram realizados ensaios de deformação permanente estático nas espumas de EVA, e para
este ensaio foi utilizado um dispositivo constituído de duas placas metálicas paralelas cuja
distância entre elas é regulada por parafusos. A amostra de espuma de 5 x 5 x 2,5 cm,
cortada a partir da placa moldada por compressão, é colocada entre as placas metálicas e
com o aperto dos parafusos a mesma passa a sofrer o efeito da força compressiva. A força
compressiva que provoca a redução de 30% da espessura inicial da amostra é aplicada
durante 22 horas a 35°C. As medidas foram realizadas após 24 horas.
Resultados e Discussão
Caracterização do resíduo de EVA
O resíduo de EVA foi caracterizado por análise termogravimétrica (TGA) em N2 e o teor de
carga inorgânica obtido foi de 22% em massa. A análise de teor de gel determinou teor de
74% em massa.
Morfologia
O aumento do teor de Eva-r na formulação das espumas resultou em uma mudança
significativa na morfologia das mesmas como pode ser observado nas Figuras 1(b, c, d).O
formato e o tamanho das células se modificaram, tornando-se não-homogêneos.
Quando estas espumas foram submetidas à compressão, observa-se que a estrutura celular
das espumas sofreu modificação significativa, como a deformação nas paredes das células
[Figuras 2(a, b)], e deformação e rompimento das paredes das células com perda do gás
expansor, como pode ser observado nas Figuras 2(c, d).
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(a) (b) (c) (d) Figura 1: Micrografias (MEV) do EVA 100%g (a); EVA/EVA-r 95/5%g (b); EVA/EVA-r 90/10%g (c); EVA/EVA-r 85/15%g (d)
(Espumas antes da Compressão)
(a) (b) (c) (d) Figura 2: Micrograafias (MEV) do EVA 100%g (a); EVA/EVA-r 95/5%g (b); EVA/EVA-r 90/10%g (c); EVA/EVA-r 85/15%g (d)
(Espumas depois da Compressão)
A Figura 1(a) EVA (100%g) apresenta uma estrutura de células fechadas e homogeneidade
no tamanho destas células. Quando incorporamos 5%g de EVA-r [Figura 1 (b)], o tamanho
e o formato destas células mantém esta homogeneidade.
Adicionando 10%g de EVA-r na matriz [Figura 1 (c)] verifica-se que as células apresentam
diferentes tamanhos e suas formas se tornam não homogêneas.
Na Figura 1(d) pode-se observar que a adição de 15%g de EVA-r resulta no aparecimento
de algumas células rugosas, mesmo antes da compressão, com o aparecimento de alguns
orifícios nas paredes internas das células, provavelmente causado pela grande quantidade
de resíduo.
Na amostra sem resíduo e que sofreu a ação da compressão [Figura 2(a)], observa-se uma
estrutura diferenciada com células mais alongadas. Foi observado também, que a parede
das células está relativamente mais espessa, e o formato das células não é semelhante em
nenhuma das direções. Devido a maior espessura da parede destas células não há evidência
de células rompidas. Quando se submete a amostra com 5%g de EVA-r [Figura 2 (b)], ao
teste de compressão, ocorre distorção na geometria das células, apresentando a formação de
paredes levemente enrugadas.
Na Figura 2(c) com a adição de 10%g de EVA-r submetida à compressão, verifica-se que
as células começam a colapsar e se tornam rugosas.
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A Figura 2(d) apresenta a amostra com a adição de 15%g de EVA-r submetida à
compressão. Observa-se que as paredes das células estão muito finas e começam a romper,
liberando o gás de seu interior. Há a formação de diferentes geometrias das células.
A Tabela 1 mostra as propriedades das espumas. A deformação permanente é expressa em
percentagem da espessura inicial, como segue[11]:
Deformação permanente = [(espessura inicial – espessura final)/espessura inicial] x 100
Tabela 1: Propriedades das espumas de EVA e EVA/EVA-r
Amostra
%g
ρ(Kg.m-3
)
antes da
compressão
ρ(Kg.m-3
)
depois da
compressão
Deformação
permanente
(%)
EVA-100
190
290
33,44
EVA/EVAr
95/5
160 250 34,31
EVA/EVAr
90/10
120 200 43,67
EVA/EVAr
85/15
100 190 47,16
Os valores para deformação permanente são apresentados na Tabela 1. Observa-se que o
melhor resultado de incorporação de EVA-r na matriz é de 5%g, pois o aumento na
deformação permanente foi de aproximadamente 1% comparado à amostra pura expandida.
Com a incorporação de 15%g de EVA-r, a diferença foi em torno de 10%, obtendo uma
maior deformação da amostra comparada à amostra pura expandida.
Também se pode verificar que, com o aumento do teor de EVA-r, a densidade das espumas
diminuiu antes e também depois quando as amostras foram submetidas aos testes de
compressão.
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A Figura 5 apresenta o efeito do aumento do teor de EVA-r na deformação permanente das
espumas.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
def
orm
ação
per
man
ente
(%
)
EVA-r (%)
Figura 5: Efeito da incorporação do EVA-r na deformação permanente das espumas de EVA
A adição de 5%g de EVA-r na matriz de EVA obteve valor semelhante ao da amostra sem
resíduo. Este resultado está de acordo com a análise morfológica, onde grandes quantidades
de resíduo tornam as paredes das células muito finas a ponto de se romperem, liberando o
gás e aumentando a percentagem de deformação.
Na Figura 6 podem-se observar as densidades antes e depois da compressão.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300 densidade antes da compressão
densidade depois da compressão
den
sid
ade
(Kg.m
-3)
EVA-r (%)151050
Figura 6: Efeito da incorporação do EVA-r nas densidades das espumas antes e depois da compressão
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Na amostra sem resíduo há um aumento de 53% no valor da densidade depois da
compressão. Com a incorporação de 5%g de resíduo o valor da densidade aumenta 56%
depois da compressão.
Com a adição de 15%g de resíduo o aumento da densidade foi de 90% depois da
compressão. A compressão teve influência na densidade mesmo sem a adição de resíduo,
mas somente com 5%g de incorporação de EVA-r, a diferença não foi tão significativa em
relação ao EVA 100%g.
Conclusões Os resultados para os testes de compressão, discutidos em relação à influência da adição do
EVA-r na morfologia, e nos valores de deformação permanente das espumas, apresentaram
o melhor resultado com 5%g de adição do EVA-r.
Na adição de 5%g de resíduo as amostras apresentaram o melhor valor para a densidade, a
morfologia de células fechadas, onde a parede das células não se rompeu mesmo depois da
compressão, não liberando assim o gás do seu interior e não sofrendo uma deformação
permanente muito maior do que as amostras sem resíduo.
Com a adição de 15%g de EVA-r as paredes das células se romperam antes e depois da
compressão, e os valores obtidos para as suas densidades diminuíram o que torna as
espumas menos resistentes.
O EVA-r atuou como uma carga de enchimento, porque não promoveu melhoria na
propriedade mecânica e seu aumento resultou na diminuição da densidade, provando que
não pode ser utilizado em componentes onde seja necessária uma solicitação maior de
resistência.
Agradecimentos Os autores agradecem a CNPq, ao LPOL e a UCS.
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