Influencia Ride Aditivos Na Rigidez Dieletrica Do Polietileno de Alta Densidade

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Influncia de Aditivos na Rigidez Dieltrica doPolietileno de Alta Densidade.

Marcelo M. Ueki e Maria Zanin

Resumo: Neste trabalho so apresentados resultados de ensaios de ruptura dieltrica de curta durao comrampa de tenso positiva em amostras de polietileno de alta densidade (HDPE), modificadas com diferentesnveis de aditivos (dixido de titnio, negro de fumo, antioxidante e estabilizante ultravioleta). Esses resul-tados foram analisados estatisticamente pela distribuio de Weibull. Os parmetros desta distribuio ( eE) foram determinados pelos mtodos Grfico e de Mxima Verossimilhana. Pde-se concluir que os aglo-merados de negro de fumo so prejudiciais rigidez dieltrica e que o parmetro de forma desta distribui-o pode ser empregado para avaliar as condies de mistura dos componentes na formulao, as quaisafetam a rigidez dieltrica. Por meio de microscopia tica pde-se verificar que o parmetro , quandodeterminado pelo mtodo Grfico, representa melhor a disperso dos referidos aditivos na matriz polimrica.

Palavras-chave: Rigidez dieltrica, polietileno de alta densidade, negro de fumo, dixido de titnio, Weibull

ARTIGO

TCNICO

CIENTFICO

Introduo

O setor de distribuio de energia eltrica brasilei-ro, principalmente em zonas urbanas, est presencian-do uma mudana grande no conceito de sistemas dedistribuio de energia. Os sistemas convencionais decabos nus, suportados por isoladores cermicos emcruzetas de madeira, esto sendo gradualmente subs-titudos por sistemas de cabos recobertos, suportadospor espaadores polimricos denominados de redescompactas. Esta nova concepo possibilitar umagrande economia no que diz respeito conservao domeio ambiente (poda de rvores), diminuindo o custodesta operao, alm de reduzir o espao ocupado pe-los sistemas de distribuio de energia.

Dentre os vrios tipos de dieltricos polimricos,o polietileno de alta densidade (HDPE) tem se desta-cado como matria prima para produo de isolado-res, espaadores e recobrimento de cabos condutores

utilizados em redes de distribuio de energia eltri-ca. Para estas aplicaes, a rigidez dieltrica umadas propriedades que deve ser considerada para veri-ficar a suportabilidade sob elevados campos eltri-cos. Ela definida como a relao entre a tenso deruptura e a espessura do dieltrico e representa amxima intensidade de campo eltrico que o materialpode suportar por um dado perodo[1, 2].

A rigidez dieltrica determinada pelo ensaio deruptura dieltrica e fortemente influenciada porcondies experimentais como: geometrias da amos-tra e do eletrodo, espessura da amostra, tempo e tipoda solicitao eltrica, meio que envolve a amostra,temperatura, etc. Alm das condies experimentais,a rigidez dieltrica afetada por variveis como: es-trutura e composio qumica, e microestrutura(morfologia e imperfeies) da amostra[1-5].

O uso de polmeros de alta pureza em aplicaesde engenharia tecnologicamente invivel o que leva

Marcelo M. Ueki e Maria Zanin - Universidade Federal de So Carlos - Departamento de Engenharia de Materiais - CEP 13560-970, So Carlos, SP,E-mail: [email protected]

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ao desenvolvimento de formulaes base de aditivosque protegem os polmeros contra perdas em suaspropriedades (por exemplo, mecnicas e termome-cnicas) durante as etapas de processamento e/ou sobuso[6]. Estes aditivos, no caso das aplicaes emisolao eltrica podem atuar de forma prejudicialou no sobre as propriedades eltricas.

KOLESOV[4], e, KITAGAWA e colaboradores[5]

utilizaram, respectivamente, aditivos como ceresinae antioxidante (atuando como agentes nucleantes), everificaram um aumento substancial na rigidezdieltrica do polietileno. Segundo os autores, a redu-o do tamanho dos esferulitos, causada pela incor-porao destes aditivos, proporciona um aumento dadensidade da fase amorfa, resultando num menor li-vre caminho mdio e consequentemente menor ve-locidade mdia dos portadores de carga. KITAGAWAe colaboradores[5] adicionaram tambm pirina aopolietileno, composto rico em eltrons , porm compouca ao como agente nucleante, e verificaram umaumento acentuado na rigidez dieltrica, que atribu-ram capacidade dos eltrons estabilizarem el-trons livres. YOSHINO e colaboradores[7] estudarama rigidez dieltrica impulso, temperatura ambien-te, do polietileno de baixa densidade dopado com iodo(I2). Verificaram a diminuio desta, de 6 MV/cm para2,5 MV/cm, que atriburam ao aumento da mobilida-de dos portadores na fase amorfa do material.

KHALIL e colaboradores[8] ensaiaram polietilenode baixa densidade com 1% de dixido de titnio, emdegraus de tenso positiva (DC) e verificaram uma di-minuio de 10% na rigidez dieltrica do polietilenodopado (6,5 MV/cm) em relao ao polietileno puro(7,1 MV/cm). Eles correlacionaram este fato mudan-a da distribuio de carga espacial no material comTiO2, passando de homocargas balanceadas nopolietileno puro para distribuio dominada por cargasnegativas no polietileno com TiO2. Tal fato proporcio-na um aumento do campo eltrico em um dos eletrodoslevando o material a romper em tenses menores. Aoensaiar o polietileno dopado com reverso de polarida-de, no verificaram mudanas significativas na rigidezdieltrica (6,3 MV/cm). Segundo os autores, pelo fatoda mudana na distribuio de carga espacial ocorrerlentamente, a carga espacial se mantm congeladaenquanto os eletrodos mudam de polaridade, proporci-onando o aumento do campo no outro eletrodo, e destemodo, a mesma probabilidade de ruptura.

Um aspecto importante do dixido de titnio (tiporutilo) a sua capacidade de proteo radiao

ultravioleta (UV) em poliolefinas[9-11]. No caso dopolipropileno, 2,0% de dixido de titnio equivale proteo oferecida por 0,2% de negro de fumo[10],que se combinado com um estabilizante UV do tipoaminas estericamente impedidas (HALS), proporci-ona sinergismo bastante pronunciado na proteo radiao ultravioleta[9 , 10].

Gumin e Zakgein, citados por KU e LIEPINS[1],verificaram que a introduo de 1% de negro de fumoem resinas (no citou o tipo de resina) diminui a rigi-dez dieltrica em 90%, enquanto nveis superiores a1% no propiciam quedas significativas na mesma.Segundo os autores, este comportamento devido grande diferena entre a condutividade e a constantedieltrica da resina e do negro de fumo, que causadistores no campo eltrico e resulta na diminuioda rigidez dieltrica.

OKAMOTO e colaboradores[12] estudaram o efei-to do tamanho de aglomerados de negro de fumo pre-sentes na regio de interface, entre a camadasemicondutora ( com 35% em peso de negro de fumo)e o isolante (polietileno reticulado sem negro defumo), na rigidez dieltrica a degraus de tenso (AC- 50 Hz). Para modificar o tamanho dos aglomera-dos, utilizaram diferentes aditivos ( base deglicerdeos) e constataram que existe um tamanhotimo destes, em torno de 200 nm, em que se observavalores elevados de rigidez dieltrica.

Mesmo que variveis como morfologia, aditivosou contaminantes e condies de ensaio estejam sobcontrole, a disperso dos resultados de ensaio de ri-gidez dieltrica inevitvel, sendo necessrio: a rea-lizao de rplicas, utilizar modelos estatsticos paratratar e obter o valor da rigidez dieltrica e ainda ava-liar a sua significncia para garantir a confiabilidadedesse valor. Dos possveis modelos estatsticos, o deWeibull considerado o mais adequado para trataros dados obtidos a partir dos ensaios de rupturadieltrica[2, 12, 13].

COPPARD e colaboradores[14] verificaram que oparmetro de forma da distribuio de Weibull podeavaliar a disperso dos resultados, a qual est relaci-onada com a distribuio de tamanho dos defeitosque, por sua vez afetam a rigidez dieltrica. Eles con-cluram que quanto menor a disperso dos resulta-dos, mais estreita a distribuio de tamanho dosdefeitos e maior o valor de .

Baseado nestas consideraes, este trabalho temcomo objetivo avaliar a influncia de aditivos (negrode fumo, dixido de titnio, estabilizante UV e


antioxidantes), isoladamente ou combinados, no com-portamento de ruptura dieltrica do polietileno de altadensidade (HDPE), atravs de ensaio com rampa detenso positiva e eletrodos esfera-plano. As medidasde rigidez dieltrica obtidas sero tratadas estatisti-camente empregando a distribuio de Weibull, bus-cando, desta maneira, o fornecimento de subsdiospara a utilizao segura destes aditivos quando pre-sentes em sistemas de isolao eltrica.

Materiais e Mtodos

Materiais

O HDPE utilizado, fabricado e fornecido pelaPOLIALDEN, possui ndice de fluidez (MFI) 0,9g/10min. (condio E da norma ASTM D1238). Paraeste estudo foram utilizados dois aditivos de estabili-zao: IRGANOX B215 (estabilizante trmico) eTINUVIN 111 (estabilizante radiao ultravioleta),ambos fornecidos pela CIBA-GEIGY, e dois pigmen-tos: negro de fumo e dixido de titnio, simbolizadospor N220 e TiO2, respectivamente. Tanto osestabilizantes quanto os pigmentos foram incorpora-dos ao polmero puro na forma de concentrado(masterbatch). Os pigmentos foram fornecidos pelaCROMEX, j na forma de concentrados na propor-o de 30% em peso. O veculo destes concentradosfoi um HDPE com MFI de 1,1g/10min. Omasterbatch do antioxidante, simbolizado por AO edo estabilizante UV (UV), foram desenvolvidos emnosso laboratrio atravs de um remetro de torqueHAAKE HBI System 90, tendo como veculo umHDPE com MFI = 1,1 g/10min. Aps a incorporaodos aditivos ao veculo, os masterbatches, aindano estado fundido, foram conformados na forma dechapas que posteriormente foram picotadas.

Preparao das Amostras

Os aditivos na forma de masterbatches foramincorporados ao polmero virgem por extruso, emextrusora de rosca nica Gerst. O material extrudadopassou por secagem durante 72 horas temperaturaambiente e foi posteriormente granulado numapicotadora CONAIR/JETRO modelo 304. A partir dogranulado, filmes com espessuras variadas foramobtidos por compresso quente, depositando os gra-

nulados entre dois filmes de polister colocados en-tre duas placas metlicas de ao inox polidas. Esteconjunto, colocado entre as placas de uma prensa,pr-aquecidas a 180C foi submetido a uma pressoem torno de 10 kgf/cm2, suficiente para produzir fil-mes com espessuras entre 40 e 100 m.

Para o planejamento experimental (nveis dosaditivos), optou-se por desenvolver 2 blocos, com 4formulaes em cada bloco, e o fatorial completo emdois nveis dentro de cada bloco. As formulaes se-guem a designao AXY e BXY onde: A e Bindicam os blocos (A= 2,0% de N220 e 0,5% deTiO2 e B= 0,5% de N220 e 2,0% de TiO2), X onvel de antioxidante (zero para o nvel inferior e 1para o superior) e Y o nvel de estabilizante UV,seguindo a mesma designao de X. A Tabela 1apresenta as concentraes de aditivos utilizadas paraas formulaes estudadas.

Ensaio Eltrico

Os ensaios de rigidez dieltrica foram realizadosem um sistema desenvolvido no Laboratrio de Pro-priedades Eltricas de polmeros do DEMa/UFSCar.O sistema automatizado por um microcomputador486DX2, que controla uma fonte de tenso BERTANmodelo 225, cuja funo aplicar a tenso nos ele-trodos. Este sistema permite o controle via computa-dor da taxa de aplicao da tenso, interrupoautomtica no instante da ruptura e seleo da formade onda do sinal a ser aplicado amostra. Para estetrabalho, o tipo de solicitao eltrica foi uma rampade tenso positiva, com taxa de subida de 500 V/seg.,aplicada entre eletrodos esfera-plano imersos em leode silicone temperatura entre 20 e 22C[15].

Tabela 1. Concentrao dos aditivos das formulaes (nveis em % depeso).

.mroF 022N OiT2

OA VU

00A 0,2 5,0 50,0

10A 0,2 5,0 50,0 02,0

01A 0,2 5,0 02,0

11A 0,2 5,0 02,0 02,0

00B 5,0 0,2 50,0

10B 5,0 0,2 50,0 02,0

01B 5,0 0,2 02,0

11B 5,0 0,2 02,0 02,0


A espessura da amostra foi determinada aps oensaio de rigidez nas proximidades do ponto de rup-tura atravs do medidor PERMASCOPE MPO, viainduo magntica. Com a inteno de controlar avarivel espessura na anlise dos resultados foramconsiderados os vinte primeiros resultados, cujos va-lores se encontravam entre 50 e 70 m.

Determinao do Grau de Cristalinidade[16, 17]

O grau de cristalinidade foi determinado para asdiferentes formulaes utilizando dados de difraode raios-X, obtidos de filmes com espessura em tor-no de 100 m atravs de um difratmetro PHILLIPSmodelo XPERT MPD. O mtodo utilizado neste tra-balho baseia-se na possibilidade de separar as contri-buies das fases amorfa e cristalina no espalhamentode raios-X. Assim o grau de cristalinidade foi obtidopela razo entre a soma das reas dos picos de difraorelativos fase cristalina e a rea total, definida arbi-trariamente num intervalo de ngulo de espalhamento.

Dois picos intensos, relativos fase cristalina a 21,6(110) e a 24,0 (200), e uma banda amorfa centrada emaproximadamente 19 foram considerados. A regio dodifratograma analisada esteve entre 15 e 30.

O valor do grau de cristalinidade utilizado nesteestudo corresponde mdia de trs resultados calcu-lados pela equao 1.

( )( ) amorfa)200(110

)200(110x,c SSS

SSW

++

+= (1)

onde: S(110) e S(200) so as reas relativas dos picoscorrespondentes aos planos de difrao (110) e (200),respectivamente, e Samorfa est relacionada rea dabanda amorfa.

Distribuio de Weibull

O modelo de Weibull de dois parmetros ( e E)foi utilizado para avaliar os resultados dos ensaios derigidez dieltrica. A equao 2 apresenta a funodistribuio acumulada de Weibull adotada:

=

EE

exp1P rupf (2)

onde: Pf a probabilidade acumulada de falha, Erup arigidez dieltrica (MV/cm), E a rigidez dieltrica para

Pf = 63,2%, denominada de parmetro de escala, e oparmetro de forma. Comumente, o valor E utiliza-do para comparar valores de rigidez dieltrica deter-minados nos ensaios de ruptura eltrica[1, 2, 12-14].

Os parmetros desta distribuio foram determi-nados pelo Mtodo Grfico e pelo Mtodo da Mxi-ma Verossimilhana.

Mtodo Grfico

Os coeficientes e E foram determinados a partirda regresso linear da equao 2 quando linearizada para:

( )( ) ( ) ( )= ELog.ELog.P1LnLog rupf (3)Conforme recomendao da norma IEC 56, em-

pregou-se a funo distribuio apresentada na equa-o 4.

( ) ( )25,0n/5,0iPf += (4)onde: i o i-simo resultado quando os valores deErup so colocados em ordem crescente e n o nmerode pontos (para este trabalho, n = 20).

Mtodo da Mxima Verossimilhana

O mtodo da Mxima Verossimilhana consi-derado atualmente o mais importante estimador deparmetros[18]. Para estimar e E, deve-se resolvera equao 5:

0ElnE

Eln.En

n n

1ii,rupn

1ii,rup

n

1ii,rupi,rup

=+

=

=

=

(5)

onde: Erup,i o i-simo valor de rigidez dieltrica, o valor estimado de e n o nmero de amostras.

Determinado o valor de , o valor estimado E obtido pela equao (6):

( ) =

=

1n

1i

i,rup

n

.EE (6)

Para resolver as equaes. (5) e (6), foi utilizadoo mtodo interativo presente no programa EXCEL7.0. O intervalo de confiana para E 95% tambmfoi determinado.

^

^


Resultados e Discusses

Anlise dos Resultados de Rigidez Dieltrica

Parmetro de Escala (E.)

A Figura 1 apresenta os resultados de rigidezdieltrica (Erup.) linearizados pela equao 4. Inicialmen-te nota-se a formao de trs conjuntos distintos de fa-mlias de pontos: um correspondente s formulaesAXY (2,0% de N220, 0,5% de TiO2), outro s formu-laes BXY (0,5% de N220, 2,0% de TiO2) e o ter-ceiro correspondendo ao HDPE puro (BR). Aindapode-se observar que existe um certo grau de dispersonos resultados de rigidez dieltrica em todas as formu-laes estudadas, principalmente nas A00 e B11.

Os trs conjuntos de pontos podem ser melhorvisualizados na Figura 2 onde tem-se os dados de Epara cada formulao com seus respectivos interva-los de confiana 95%, obtidos pelo mtodo de M-xima Verossimilhana. Analisando os valores de E eseus respectivos intervalos de confiana apresenta-dos na Figura 2, fica comprovada estatisticamente aformao dos trs conjuntos pois nenhum resultadode E, do bloco A superpe aos do bloco B e vice-versa. O mesmo raciocnio vlido para BR.

Com a incorporao de 0,5% de N220 e 2,0% deTiO2, verificou-se em ambos os mtodos uma dimi-nuio da rigidez dieltrica em torno de 35% quandocomparada do polietileno puro (aprox. 5,9 MV/cm).Para 2,0% de N220 e 0,5% de TiO2, uma diminuiode at 57% foi verificada.

Estes resultados sugerem que o componente maissignificativo na rigidez dieltrica o teor de negro defumo, praticamente no se observando alteraes sig-nificativas na rigidez dieltrica com a variao nonvel dos outros componentes (antioxidante eestabilizante UV) incorporados ao HDPE. Com a fi-nalidade de verificar se o dixido de titnio tambmpouco afeta a rigidez dieltrica do HDPE, duas for-mulaes foram desenvolvidas especialmente: umacontendo 2,5% de TiO2 denominada de T11, e outracom 2,5% de negro de fumo denominada de N11,ambas com 0,20% de antioxidante e 0,20% deestabilizante UV.

A Figura 3 mostra os valores de rigidez dieltricaobtidos destas duas novas formulaes. Para efeito decomparao, os resultados das formulaes de mesmonvel de antioxidante e estabilizante UV (A11 e B11)e do HDPE puro (BR) tambm so apresentados.

Analisando a Figura 3, observa-se que o menor va-lor de rigidez dieltrica determinado experimentalmen-te nas amostras B11 se encontra entre os menores valoresde A11 e N11. Esta observao importante pois a rup-tura dieltrica que ocorre pelo volume do dieltrico sem-pre se manifesta no ponto mais fraco. SegundoOkamoto[12, 14], provavelmente ela no ocorra no valorde E (Pf = 63,2%) mas em valores bem menores, porexemplo, em Erup. para Pf = 1%. Deste modo, afirmarque o isolante com maior valor de E o recomendadono conveniente j que na prtica este poder falharem nveis de campo eltrico inferiores a este.

A Tabela 2 apresenta os valores de E, obtidospelo mtodo de Mxima Verossimilhana e pelo Gr-fico, para as formulaes especiais com 2,5% de TiO2(T11) e com 2,5% de N220 (N11) e para as A11, B11e BR.

Figura 1. Linearizao do modelo de Weibull para rigidez dieltrica deHDPE com aditivos. E

rup. = rigidez dieltrica (MV/cm) e P

f a funo

probabilidade acumulada de falha.

Figura 2. Valores de E obtidos pelo mtodo de Mxima Verossimilhanae pelo mtodo Grfico[19].


Comparando os valores de E (Tabela 2) das for-mulaes com diferentes concentraes de N220 (A11e N11) observa-se que estes so similares, mostrandoque o aumento de 2,0% para 2,5% na concentrao denegro de fumo no afeta significativamente a rigidezdieltrica. Porm ambas as formulaes apresentaramE inferiores a B11, o que confirma novamente a mai-or influncia do negro de fumo nesta propriedade.

Com relao formulao T11, o valor de E apre-senta-se ligeiramente superior ao do BR (cerca de4%), porm sem significncia j que ambos Es es-to simultaneamente dentro do intervalo de confian-a de 95% (Tabela 2). Este pequeno aumento, a rigor,contraria os resultados observados por KHALIL e co-laboradores[8] que observaram uma significativa di-minuio da rigidez dieltrica na presena de dixidode titnio. Esta pequena discordncia de resultadospode ser atribuda a dois fatores: sistema de eletro-dos e porta-amostras diferentes do utilizado neste tra-balho e o polietileno por eles estudado ser de baixadensidade (LDPE).

Os dados da Tabela 2 foram plotados na Figura 4para melhor visualizao destes.

Parmetro de Forma A Tabela 3 apresenta os valores de , determina-

dos pelo mtodo Grfico e pelo da Mxima Verossi-milhana, j corrigidos para pequeno nmero derplicas e de E (diferena entre log(E) e log(Emin)),que representa o espalhamento dos resultados deter-minados experimentalmente para cada formulao.Emin o menor valor medido de rigidez dieltrica. Ob-servando a Tabela 3, nota-se diferenas superiores a20% entre os parmetros calculados pelos diferentesmtodos. Este fato mostra a necessidade de se adotarcritrios na escolha do mtodo utilizado para estimaro valor de , conforme j observado por Ross[13].

O mtodo de Mxima Verossimilhana emborabastante preciso para estimar os parmetros da dis-tribuio de Weibull, pouco sensvel disperso

Figura 3. Linearizao do modelo de Weibull. Comparao entrediferentes nveis de pigmentos (TiO

2 e N220).

Tabela 2. - Valores de E (MV/cm) determinados pelos mtodos deMxima Verossimilhana e Grfico

.lumroF anahlimissoreVamixM odotMocifrG

anaifnoc%59

E E pus E fni E11T 99,5 03,6 96,5 40,6

11N 87,2 50,3 35,2 38,2

11A 47,2 59,2 45,2 57,2

11B 49,3 42,4 66,3 60,4

RB 68,5 03,6 54,5 98,5

Figura 4. Valores de E obtidos pelo mtodo de Mxima Verossimilhanae pelo mtodo Grfico para formulaes com diferentes nveis depigmentos (TiO

2 e negro de fumo). Intervalo de confiana 95% para

E obtido pelo mtodo de Mxima Verossimilhana.

Tabela 3. Parmetro determinado pelo mtodo da MximaVerossimilhana e Grfico

amixManahlimissoreV

ocifrGodotM

E E00A 3,7 952,0 7,5 072,0

10A 5,6 971,0 3,7 181,0

01A 8,6 251,0 8,7 351,0

11A 3,5 322,0 5,6 422,0

00B 9,7 242,0 4,6 842,0

10B 2,5 233,0 8,4 633,0

01B 1,7 802,0 3,6 312,0

11B 4,5 654,0 2,4 964,0

RB 9,6 461,0 4,7 661,0


dos dados[13]. A Figura 5 ilustra os valores presentesna Tabela 3, mostrando uma tendncia em diminuiros valores de , determinados pelo mtodo Grfico,com o aumento de E; enquanto que para s calcu-lados pelo mtodo de Mxima Verossimilhana verificado um comportamento aleatrio.

Por esta anlise, ao considerar duas formulaes commesmo E e diferentes s, possvel concluir que a quepossui maior valor de , determinado pelo mtodo Gr-fico, apresenta maior confiabilidade (qualidade), durantea sua utilizao, em relao ao de menor [12,14].

COPPARD e colaboradores[14], verificaram que est relacionado com a distribuio de tamanhodas impurezas presentes no dieltrico. Para o traba-lho apresentado aqui, significa que est relacio-nado com a distribuio/disperso do(s) aditivo(s)que influencia(m) na rigidez dieltrica mais especi-ficamente com a do negro de fumo, em termos dedistribuio de tamanho de aglomerados. Esta afir-mao validada quando se observa, atravs de ummicroscpio tico, o local onde ocorreu a ruptura.As Figuras 6a, 6b e 6c ilustram algumas das amos-tras ensaiadas. Os pontos pretos so os aglomera-dos de negro de fumo e a seta branca indica aperfurao provocada pela descarga eltrica mos-trando que os aglomerados so os pontos mais sus-ceptveis ruptura.

Portanto, influenciado pelas variveis que afe-tam as condies de incorporao (mistura) dosaditivos, como por exemplo: qualidade domasterbatch[20] e condies de processamento[20, 22].

Alm de afetar a rigidez dieltrica, o controle dadisperso dos aditivos, como negro de fumo, im-portante para tornar efetivo a proteo de poliolefinas radiao UV[20-22].

Grau de Cristalinidade

Outro fator que pode influenciar os resultados darigidez dieltrica o grau de cristalinidade[1,3,4]. AFigura 7 mostra as porcentagens de cristalinidade,Wc,x, obtidas a partir de dados de difrao de raios-Xpara as diferentes formulaes. Os valores de Wc,xencontram-se entre 66 e 68% para todas as formula-es, indicando que a variao dos resultados de ri-gidez dieltrica nas diferentes formulaes no deve

Figura 5. Relao de com a diferena entre log(E) e log(Emin) paraformulaes apresentadas na Tabela 3.

Figura 6a. Formulao N11. Tenso de ruptura = 2817 V. RigidezDieltrica = 1,76 MV/cm. Aumento = 250X.

Figura 6b. Formulao N11. Tenso de ruptura = 2817 V. RigidezDieltrica = 1,76 MV/cm. Aumento = 125X.

Figura 6c. Formulao A11. Tenso de ruptura = 4478 V. RigidezDieltrica = 1,36 MV/cm. Aumento = 250X.


ter sido causada por esta varivel e sim pela mudan-a no teor do negro de fumo.

No caso da diferena de cristalinidade para trsamostras de mesma formulao verificou-se que amaior variao sobre a mdia no foi superior o 5%,indicando que este fator no to significativo quan-to a distribuio de tamanho de aglomerados de ne-gro de fumo sobre a disperso dos resultados derigidez dieltrica.

Por esta anlise, do ponto de vista da rigidezdieltrica e da confiabilidade do dieltrico durante oseu uso, a formulao contendo somente dixido detitnio a mais indicada por apresentar simultanea-mente, (8,9 pelo mt. Grfico e 10,0 pelo mt. Mx.Verossimilhana) e E (5,99 e 6,04 MV/cm da Tabe-la 2) superiores aos obtidos nas outras formulaes.

Concluses

A partir deste estudo pode-se concluir que o com-ponente negro de fumo o fator crtico para a rigidezdieltrica do polietileno de alta densidade. Este fatofoi comprovado por microscopia tica onde obser-vou-se que os canais de ruptura surgem preferencial-mente nos aglomerados de negro de fumo. O dixidode titnio, nas concentraes utilizadas, no causamudanas significativas na rigidez dieltrica, sendoum bom candidato para substituir o negro de fumoem materiais dieltricos que atualmente o utilizamcomo pigmento e protetor radiao UV.

possvel concluir tambm que o valor doparmetro de forma da distribuio de Weibull,quando determinado pelo mtodo Grfico, pode serutilizado para avaliar as condies de distribuio dotamanho dos defeitos (no caso, aglomerados de ne-

gro de fumo) que prejudicam a rigidez dieltrica doisolante, estando diretamente relacionado disper-so deste na resina polimrica em questo. Maiorvalor de , menor espalhamento dos resultados derigidez dieltrica, melhor a disperso do negro defumo e consequentemente maior a confiabilidade dacaracterstica dieltrica do material.

Agradecimentos

Os autores agradecem:Ao Eng. Jorge N. dos Santos (bolsista DTI/CNPq

no DEMa/UFSCar) pelo desenvolvimento do siste-ma de ensaio de rigidez dieltrica; ao Prof. Dr. JosA. M. Agnelli (DEMa/UFSCar); ao corpo tcnico doCNMT/LAC/COPEL pelos ensaios de raios-X; POLIALDEN, CROMEX e CIBA-GEIGY pelo for-necimento dos materiais e FAPESP pelo financia-mento do projeto 94/2640-2.

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Influencia Ride Aditivos Na Rigidez Dieletrica Do Polietileno de Alta Densidade

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