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Director(a):
Marzocca, Angel José
 
Institución otorgante:
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Fecha:
2001
Tipo de documento: 
Tesis Doctoral
 
Formato:
text; pdf
Idioma:
Español
Temas:
Física / Física de los Materiales - NEGRO DE HUMO - CAUCHO NATURAL - ESTIRENO-BUTADIENO - CONDUCTIVIDAD ELECTRICA - PROPIEDADES MECANICAS - ESTABILIDAD TERMICA - GOMA LIGADA (BOUND RUBBER) - INTERACCION CARGA/POLIMERO - TEM - IRRADIACION GAMMA - PERCOLACION
Descripción:
Los compuestos de caucho con negro de humo son ampliamente utilizados en la industria, principalmente en la del neumático, por la posibilidad de sintonizar las propiedades físicas a los requerimientos del producto. Sin embargo, a pesar de que estos materiales se utilizan con éxito desde hace más de un siglo, y a la gran cantidad de esfuerzo y dinero dedicados a la investigación de los mismos, aun es poco lo que se conoce acerca de los mecanismos físicos que determinan sus propiedades físicas. Muchos de los procedimientos utilizados, por ejemplo en su formulación, obedecen más a un arte, o a un conocimiento adquirido,que a un método científico. La estabilidad térmica de estos materiales compuestos presenta una relevancia tecnológica significativa y un interesante desafío para la investigación científica. Se ha observado desde hace tiempo, que variaciones importantes se producen en las propiedades físicas de los compuestos de caucho cargados con negro de humo durante el envejecimiento a temperatura constante, aun en ausencia de esfuerzos mecánicos. Estos cambios pueden ser observados a través de la medición de las propiedades eléctricas o mecánicas de estos compuestos. Numerosos estudios han sido publicados en relación con este comportamiento. En ellos, los cambios en las propiedades físicas han sido relacionados con la floculación o aglomeración de las partículas de negro de humo en la matriz polimérica. Esto significa la difusión de los agregados de negro de humo, debido al movimiento Browniano, para formar aglomerados termodinámicamente más estables. Generalmente la ecuación de Stokes es utilizada para estimar la constante de difusión (Δ=kT/6πηa). En esta ecuación, k es la constante de Boltzmann, T la temperatura absoluta, η la viscosidad y a el radio de los agregados. Sin embargo, algunos resultados parecen contradecir las predicciones de la teoría de la floculación. La floculación no ha sido observada por TEM y la modificación física o química de la superficie del negro de humo produce resultados anómalo que no pueden ser explicados sólo en términos de la teoría de la floculación. El propósito de este trabajo es determinar si los cambios observados en las propiedades eléctricas y mecánicas, durante el envejecimiento de las muestras a temperatura constante, se deben exclusivamente al movimiento de los agregados de negro de humo, si es que este movimiento existe, o si otros mecanismos físicos son los responsables de estos cambios. Para ello, numerosas muestras han sido preparadas utilizando diferentes matrices poliméricas, diferentes tipos y cantidades de negro de humo con distintos tratamientos térmicos y diferentes procesos de mezclado entre otras variables. Las muestras fueron envejecidas a varias temperaturas (entre 60 y 150°C) durante diferentes tiempos (entre 10 minutos y varios días). La resistividad eléctrica y el módulo dinámico fueron medidos antes, durante y después del envejecimiento. Además, la evolución de la cantidad de caucho ligado (bound rubber)con el tiempo de envejecimiento fue medida para tener en cuenta el efecto de la interacción entre el negro de humo y el polímero. Se diseñó y construyó un dispositivo experimental para medir la evolución de la resistividad eléctrica en función del tiempo, de una muestra de caucho con negro de humo, durante su envejecimiento a temperatura constante. El dispositivo permitió realizar mediciones en aire y en vacío, controlar la rampa de temperatura y medir en un amplio rango de condiciones experimentales. Se observó que junto con el aumento de la conductividad eléctrica (o del módulo dinámico) se producía un incremento de la cantidad de bound rubber. Más aun, se observó que la dependencia con la temperatura y el tipo de polímero era la misma para ambas cantidades. Cuanto mayor era el incremento de la cantidad de bound rubber, mayor era el incremento de la conductividad eléctrica. De acuerdo con trabajos previos de Medalia y jachym, y con los resultados obtenidos en este trabajo, es posible que las cadenas de polímero, unidas químicamente a los agregados de negro de humo, actúen como hilos conductores entre agregados próximos. De este modo, un incremento de la cantidad de bound rubber implicaría un incremento de la conductividad eléctrica. Mediciones en vacío de la variación de las propiedades eléctricas con el tiempo, más nuevos ensayos mecánicos y la irradiación gamma de algunas muestras, han permitido verificar la hipótesis de conducción eléctrica a través de las cadenas de polímero y explicar la reversión observada para tiempos largos, tanto en las propiedades eléctricas como mecánicas. Finalmente se analizan los mecanismos de conducción eléctrica y el incremento del cluster percolante a partir del incremento de bound rubber. Un nuevo modelo de percolación por enlaces dependientes del tiempo es propuesto para describir el fenómeno en términos de la nueva interpretación propuesta.
Identificador:
http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_3400_Schwartz
Identificador único:
http://repositoriouba.sisbi.uba.ar/h/2358
Derechos:
info:eu-repo/semantics/openAccess
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/
Licencia de uso:
Licencia Creative Commons

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Cita bibliográfica:

Schwartz, Gustavo Ariel  (2001).     Propiedades eléctricas de compuestos de caucho cargados con negro de humo.  (Tesis Doctoral).    Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires.    [consultado:  ] Disponible en el Repositorio Digital Institucional de la Universidad de Buenos Aires:  <http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_3400_Schwartz>