ESTUDO DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE AMOSTRAS DE XLPE RETICULADAS EM DIFERENTES TEMPERATURAS
Mário Fernando Porto(PG)1, Humberto Hissashi Takeda(IC)1, Ricardo Aurélio da Costa(PQ)2, Edvani Curti Muniz(PQ)1 e Adley Forti Rubira(PQ)1
1Universidade Estadual de Maringá, Departamento de Química
Av. Colombo 5790, CEP 87020-900 – Maringá – PR – E-mail: afrubira@uem.br
2Faculdade de Engenharia Industrial, São Bernardo do Campo - SP
Palavras-chave: DSC, polietileno reticulado, planejamento fatorial
O uso do PE Sioplas1 como isolamento de cabos de média tensão ainda é pequeno, devido às separações das fases cristalinas durante o seu processo de fabricação e/ou condições de uso. Muitos autores têm estudado as propriedades fisico-químicas e caracteristicas dielétricas deste material. Phillips et al2 mostraram que o conteúdo de sol e a densidade de reticulação pode ser estimada por Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC) e que reticulações incompletas levam à altos graus de conteúdo de sol. Müller et al3 propuseram uma técnica denominada Sucessive self-nucleation/annealing (SSA) para o fracionamento térmico de polímeros e postularam o potencial da técnica para caracterizar sistemas capazes de cristalização.
Neste trabalho, utilizamos a técnica SSA para caracterizar amostras de polietileno reticulado, preparadas segundo um planejamento fatorial 32, bem como suas respectivas fases gel e sol.
O copolímero
etileno/viniltrimetoxisilano (EVS) comercial (DFDA 5451 – Union
Carbide) em pellet (200g) foi extrudado em extrusora Haake Rheomex
252
(L/D = 25) com velocidade de 50 rpm e quatro faixas de
temperatura (150 – 170 – 190 – 200ºC), utilizando
catalisador masterbath comercial (DFDB 5480 – Union Carbide)
como auxiliar de reticulação. Pequenas quantidades do
material extrudado e moído, foram então prensados em
prensa Tempopress 2 à 170ºC e 2 ton de pressão por
3 minutos para formação de filmes de espessura média
de 180 mm. Os filmes foram então
reticulados em presença de umidade por 8 horas em diferentes
temperaturas. Deste modo, o planejamento fatorial aplicado têm
como variáveis concentração de catalisador e
temperatura de reticulação e níveis 3, 5 e 7% e
70, 80 e 90ºC, respectivamente.
O conteúdo de gel
das amostras foi determinado segundo a metodologia proposta por
Celina et al4. A fase gel foi recuperada por filtração
e a fase sol foi recuperada por evaporação de solvente
à temperatura ambiente. Os resultados de conteúdo de
gel para as amostras ficaram entre 60% (para a amostra 3%,70ºC)
e 75% (para as amostras 7%, 90ºC). A análise do espectro
na região do infravermelho mostrou, após a reticulação,
o aparecimento de um ombro em 1030 cm-1, atribuída
à ligação Si-O-Si, bem como uma diminuição
na intensidade das bandas de absorção em 1090 e 800
cm-1, atribuídas à ligação
Si-O-CH3, indicando que os grupos
Si-OCH3
do material sofreram hidrólise a silanóis, os quais
passaram a formar ligações cruzadas do tipo Si-O-Si,
provavelmente através de reação de condensação.
Figura 01 – Variação da entalpia de fusão das amostras na diferentes condições de experimento
Figura 02 – Amostra 5%, 90ºC: (a) DSC convencional; (b) DSC – técnica SSA
O estudo da variação da entalpia de fusão por DSC (figura 01) mostrou que, com o aumento da temperatura de reticulação, a entalpia de fusão diminui, indicativo de diminuição na cristalinidade. A diminuição é mais acentuada em 3 e 5% e acima de 80ºC. Deste modo, a temperatura exerce maior influência nesta propriedade a 3 e 5% de catalisador do que em 7%. Na figura 02 são mostrados as curvas de DSC convencional e pela técnica SSA para uma das amostras do planejamento fatorial. Como pode ser visualizado, na técnica SSA, a curva apresenta múltiplos picos de fusão, os quais representam faixas de espessura lamelar presentes no material. O estudo comparativo das curvas de DSC pela técnica SSA das amostras nas diversas condições de experimento indicou significativas diferenças na intensidade e distribuição dos picos de fusão nas amostras não extraídas e também nas fases gel e sol.
Em resumo, no nível de 5% e 80ºC, a distribuição de espessura lamelar da fase gel já é muito semelhante a alcançada no nível de 7%. Entretanto, a fase sol apresenta, em 7%, maior quantidade de lamelas com picos de fusão mais alto que nos outros níveis. A técnica SSA possibilitou a análise quantitativa da distribuição lamelar e a técnica de planejamento fatorial indicou que a temperatura de reticulação têm maior influência em níveis mais baixos de concentração de catalisador.
1 - U.S. Patent nº 3,646,155, 1972.
2 - Phillips P.J., Vatansever A., IEEE Transaction on Electrical. Insulation, vol. EI-22, nº 4, pp. 365-372, 1987.
3 - Muller A.J., Hernandez Z. H., Arnal M. L. Sánchez J.J. Polymer Bulletin, 39, pp. 465-472, 1997.
4 - Celina M., George G.A., Polymer Degradation and Stability, vol. 48, nº 2, pp. 297-312, 1985.
Prof. Dr. M.A. de Paoli – PRONEX, CAPES, UEM