UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS

NOES SOBRE BORRACHASJos Augusto Marcondes Agnelli

Junho de 2008

POLMEROS POLMEROSClasse de Materiais que na sua forma final de utilizao gera como produtos:

STICOS PL

Termoplsticos Termofixos ou Termorrgidos

FIBRAS POLIMRICAS BORRACHAS (ou ELASTMEROS) ESPUMAS TINTAS ADESIVOS

ESTATSTICA APROXIMADA SOBRE O CONSUMO ESTATSTICA MUNDIAL DOS POLMEROS, DIVIDIDOS EM CLASSES POLMEROS,61 % TERMOPLSTICOS (86%) 52,5 % Termoplsticos Convencionais 2,0 % Especiais 6,5 % Termoplsticos de Engenharia 10 % TERMOFIXOS (14%) FIBRAS POLIMRICAS: 13 % 7 % BORRACHA NATURAL (43,7) BORRACHAS: 16 % BORRACHAS 9 % BORRACHAS SINTTICAS (56,3%)

PLSTICOS: 71%

Borracha Natural no Brasil

Produo Brasileira de Borracha Natural

MG GO OUTROS

60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

2% 1% 7%

SEPARAO POR ESTADO

SP

MT

BA ES MG GO

OUTROS

BORRACHAS OU ELASTMEROS Borrachas ou Elastmeros so materiais polimricos que exibem elasticidade em longas faixas de deformao, na temperatura ambiente. As Borrachas Tradicionais so Borrachas Vulcanizadas que possuem poucas ligaes cruzadas. responsveis As ligaes cruzadas so pelo comportamento elstico

caracterstico destes polmeros.

Tipo das cadeias polimricas das Borrachas VulcanizadasAs ligaes cruzadas so ligaes qumicas primrias, do tipo covalente, interligando diferentes cadeias polimricas, de forma a impedir o deslizamento de umas em relao s outras

cadeias com poucas ligaes cruzadas: Borrachas Vulcanizadas

VulcanizaoS S

S

S

Estabilidade dimensional ao moldado

BORRACHAS TERMOPLSTICAS - TRAs Borrachas Termoplsticas ou Elastmeros Termoplsticos (como por exemplo, Copolmeros em bloco SBS, SEBS e SIS, Elastmeros poliolefnicos e o Elastmero comercial denominado Santoprene) apresentam caractersticas elastomricas mesmo no sendo vulcanizadas, isto , mesmo sendo

estruturalmente termoplsticos.

Tipos de cadeias polimricas dos Elastmeros Termoplsticos Cadeias lineares(macromolculas polimricas lineares)

ou

Cadeias ramificadas(macromolculas polimricas ramificadas)

BORRACHAS OU ELASTMEROS

Existem muitos tipos de Borrachas. Antes de escolher a(s) borracha(s) adequada(s) deve-se conhecer os requisitos da aplicao final. Para auxiliar nesta escolha, pela ASTM, as borrachas so classificadas em trs classes principais

BORRACHAS OU ELASTMEROS1.Utilizao geral (R): para servios onde no necessria a resistncia especfica ao de hidrocarbonetos (derivados de petrleo). Exemplos: borracha natural (NR); poliisopreno (IR); copolmero butadieno-estireno (SBR); polibutadieno (BR); butlica (IIR); bromobutlica (BIIR); clorobutlica (CIIR); elastmero etileno-propileno (EPR); elastmero etileno-propileno-monmero dinico (EPDM); borrachas termoplsticas (TR), olefnicas e estirnicas.

Segmentao do Mercado em 2005

BORRACHA NATURAL - NRArtefatos Leves 25%

Pneus e Bandas 75%

Segmentao do Mercado em 2005

SBRArtefatos Tcnicos 7% Autopeas 4% Adesivos e selantes 1% Alimentos 1%

Calados 16%

Pneus e Bandas 71%

Segmentao do Mercado em 2005

BRArtefatos Tcnicos 2% Modificao de Plsticos 20% Pneus e Bandas 75% Autopeas 1%

Calados 2%

Segmentao do Mercado em 2005

EPDMPeas Tcnicas 1% leo Lubrificante 4% Pneus e Cmaras 8% Construo 2% Fios e Cabos 1%

Automotivo 84%

Segmentao do Mercado em 2005

TRCalados 51% Adesivos 35%

Modificao de Asfalto 9% Outros 1% Modificao de Polmeros 4%

BORRACHAS OU ELASTMEROS2. Resistentes a solventes (S): para serviosonde necessria a resistncia especfica ao dos derivados de petrleo. Exemplos:

policloropreno

(CR);

borrachas

nitrlicas (NBR), borrachas de polissulfetos (T); elastmeros de poliuretano (tipo polister EU e tipo polister AU).

Segmentao do Mercado em 2005

NBRModificao de Plsticos 1% Pneus e Bandas 1% Adesivos 1% Artefatos Tcnicos 16% Calados 5%

Automotivo 76%

Efeito do teor de acrilonitrila no copolmero butadienoacrilonitrila (Borracha Nitrlica NBR)

BORRACHAS OU ELASTMEROS3. Resistentes ao calor (T): para servios onde necessria a resistncia especfica exposio prolongada em temperaturas altas e/ou solventes. Exemplos: polietileno clorossulfonado (CFM).

elastmeros clorado (CSM);

de

silicone

(MQ);

(CM); borrachas

polietileno fluoradas

TIPO TRMICO E CLASSE QUMICA DE VRIOS TIPOS DE BORRACHA

TIPO TRMICO E CLASSE QUMICA DE BORRACHAS DA DuPONT PERFORMANCE ELASTOMERS E DA DOW CHEMICAL COMPANY

DESEMPENHO TRMICO DA BORRACHA FLUORADA VITON (DuPONT)

ETAPAS PRINCIPAIS DAS OPERAES COM BORRACHAS

Recebimento de Matrias-Primas Ensaios reomtricos Ensaios viscosimtrcos Granulometria de materiais Densidade de materiais (slidos e lquidos) Ponto de fulgor de leos ndice de refrao Ponto de fuso de materiais Teor de cinzas

Produo de Massas

Produo de pneus e de artefatos com borracha(s)

PRODUTOS DE BORRACHASFormados por Borrachas puras (ou quase puras) ou Baseados em formulaes ou composies constitudas da(s) Borracha(s) e de Aditivos com diferentes funes

ADITIVOS

So A

materiais adicionados como componentes auxiliares das borrachas. incluso de aditivos nas formulaes ou especficas como, por exemplo,

composies de borrachas visa uma ou mais aplicaes abaixar o custo, modificar e/ou melhorar diversas propriedades, facilitar o processamento, colorir, etc.

ADITIVOSOs principais aditivos das Borrachas e dos Produtos de Borrachas so:

cargas inertes e cargas reforantes (ou reforadoras) fibras de reforo ou reforos fibrosos plastificantes lubrificantes colorantes, incluindo pigmentos e corantes estabilizantes trmicos, incluindo antioxidantes primrios, antioxidantes secundrios e outros estabilizantes trmicos

ADITIVOSExemplos (continuao): antiozonantes estabilizantes luz ultravioleta retardantes de chama agentes de expanso agentes antiestticos aromatizantes aditivos antifungos

Principais aditivos empregados nas formulaes elastomricasSistemas

de vulcanizao (enxofre, aceleradores, vulcaniza perxidos, etc)

Sistemas de ativao (xido de zinco e cido este rico) Sistemas

de proteo - antidegradantes (antioxidantes, antiozonantes, estabilizantes luz ultravioleta) de processamento (plastificantes, leos de extenso, auxiliares de processamento) de cargas (cargas de reforo, cargas de enchimento) Mistura Fsica

Sistemas

Sistemas

Aps a definio da formulao

Borrachas

ou Elastmeros: extensibilidade elstica e recuperao quase imediata, se convenientemente formulados.

Materiais altamente elsticos: baixo mdulo,baixa resistncia trao.

Artigos

elastomricos para aplicaes industriais: necessidade de incorporao de cargas, se possvel cargas reforantes.

COMPOSTOS COM BORRACHASComposto qualquer composio de uma ou mais Borrachas com aditivos modificadores *, estando estes em quantidade expressiva (conceito expresso de forma rigorosa).

* com grande destaque para as cargas

IMPORTNCIA DAS CARGAS EM FORMULAES ELASTOMRICAS Diminuem

o preo do artefato Permitem modificaes das caractersticas da formulao So responsveis pelo desenvolvimento de novos materiais Contribuem para o aumento das propriedades mecnicas

OS PRINCIPAIS FATORES QUE DETERMINAM AS PROPRIEDADES DAS BORRACHAS COM CARGA Caractersticas dos componentes Composio Estrutura Interaes polmero-carga e/ou carga-carga

CARGAS (Fillers)

principais caractersticas que definem o Asdesempenho composio de uma carga so: qumica; pureza; tamanho

mdio e distribuio de tamanho das partculas; forma das partculas (razo de aspecto) e porosidade; natureza qumica da superfcie; distribuio e disperso.

CARGAS (Fillers)

Atravs

do emprego de

uma carga

reforante ou reforadora obtido um compsito elastomrico onde esta carga a fase dispersa reforante de uma matriz polimrica elastomrica (fase contnua).

CARGAS (Fillers)

composies com Borrachas Vulcanizadas a Nasprincipal carga reforante o negro de fumo (carbon black), que pode ser usualmente empregada em concentraes variando entre 20 e 50% em massa. A qualidade da composio depender do tipo de negro de fumo, da sua concentrao, da sua distribuio e da sua disperso.

concentraes em torno de 2%, o negro de Parafumo o principal pigmento composies polimricas em geral. preto das

CARGAS (Fillers)

Atravs do emprego de cargas inertes soformados carregados. os compostos As elastomricos inertes cargas (enchimentos) tm um custo muito inferior ao custo da borracha que ser modificada.

CARGAS (Fillers)

Como

cargas que

inorgnicas so

(cargas

minerais)

freqentemente

incorporadas s Borrachas podem ser citadas: slica, talco, carbonato de clcio, caulim, mica, wolastonita (ou wollastonita), alumina trihidratada, hidrxido de magnsio.

EXEMPLO DE UMA FORMULAO COM BORRACHA EPDM Rolete para impressora phr (parts hundred rubber) Elastmero EPDM KELTAN 5508 100,0 xido de zinco 5,0 cido esterico 1,0 Auxiliar de Processamento 3,0 Slica 40,0 Carbonato de clcio 20,0 Negro de fumo HAF N-326 7,5 lo de extenso parafnico 40,0 Enxofre 1,0 Dissulfeto de benzotiazila (MBTS) 1,0 Dissulfeto de tetrametiltiur (TMTD) 0,6 Dibutilditiocarbamato de zinco (ZBDC) 2,0 Antioxidante primrio 1,5

AnlisesDureza Shore Area de atuao : Elastmeros

Normas TcnicasASTM D 2240 ASTM D 412, tipo C ASTM D 624, tipo C DIN 53516 ASTM D 297 ASTM D 1646

Resistncia Trao

Resistncia ao Rasgamento Resistncia Abraso Densidade Hidrosttica Compostos No-Vulcanizados Viscosidade Mooney Compostos No-Vulcanizados Curva Reomtrica ODR Compostos No-Vulcanizados Curva Reomtrica MDR

ASTM D 2084

ASTM D 5289

Curva de vulcanizao padro, obtida em Remetro de Torque, cone e placa, Monsanto temperatura:180oC

Representao esquemtica da distribuio e da disperso de cargas particuladas e de outros aditivos em composi es com borrachas

Possibilidade de Mistura dos constituintes em duas fases

Polmeros Cargas Plastificantes Ativadores

Borracha natural -NR, SBR, PB, ... Slica, Negro de fumo CaCO3, caulim, ... leos de extenso ZnO, cido esterico MBT, MBTS, TMTD, ... Enxofre, Doadores de Enxofre, Perxidos

Banbury Temperatura:~140oC

Aceleradores Agentes de vulcanizao

Misturador aberto Temperatura:~ 50 oC

Misturador interno de rotores - BANBURY (capacidade em litros)

Processamento de Borrachas Vulcanizadas Moldagem por compresso Processos mais importantes(Conformao - dar o formato desejado aos produtos)

Injeo Extruso Calandragem

PNEUPrincipal produto fabricado com

Borrachas Vulcanizadas(corresponde a aproximadamente 65% do consumo de todos os produtos fabricados com Borrachas)

Formulao Clssica para PneusPolmeros 60%

Aceleradores 0,5% Ativadores 3% Enxofre 1,5% Antioxidantes 1,5% Auxiliares de processo 3,5%

P preto 30%

e Outros Processos

Moldagem por compresso com caractersticas dependentes do processo de fabricao do pneu

Indstria Brasileira de PneumticosExportao 2005: 18,2 milhes 2006: 17,2 milhes Faturamento 2005: R$ 14,5 bilhes Empregados 2005: 12 mil diretos 125 mil indiretos

Produo em unidades: 2005: 53,4 milhes 2004: 52,0 milhesMontadoras 2005: 14,5 milhes 2006: 13,8 milhes

Reposio 2005: 23,9 milhes 2004: 24,5 milhes Investimentos (2004 2007) US$ 1,2 bilho

2004

2005

Caminhes e nibus 3,9 milhes 3,8 milhes Camionetas 2,4 milhes 2,38 milhes Automveis 13,9 milhes 13,2 milhes

Novas fbricas (Bahia e Rio de Janeiro) Ampliaes (Bahia e Rio Grande do Sul) Melhoras Tecnolgicas e de Qualidade Aumento da Capacidade

*estimativa

RESOLUO 258 de 26/08/1999 DO CONAMACONAMA (CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE) rgo do MINISTRIO DO MEIO AMBIENTE

DESTINAO FINAL PARA PNEUS OU PNEUMTICOS INSERVVEIS, AFETANDO FABRICANTES DE PNEUS NOVOS, IMPORTADORAS DE PNEUS E REFORMADORES EM GERAL

Destinao de pneus inservveis no Brasil,1999-2005Granulado para exportao 7,8% Granulado para asfalto 0,4%

Laminao 24,5% Compactao de solo 2,1%

Combustvel alternativo 37,7%

Artefatos 27,5%

ALGUNS SITES BRASILEIROSwww.borrachaatual.com.br www.borracha.com.br www.vulcanizar.com.br www.petroflex.com.br www.nitriflex.com.br www.borrachanatural.agr.br