BORRACHA

INTRODUÇÃO

POLÍMEROS PRIMÓRDIOS DA BORRACHA. BORRACHA NATURAL (NR). BORRACHA DE ESTIRENO BUTADIENO(SBR). BORRACHA DE POLIBUTADIENO(BR). BORRACHA NITRILICA(NBR). PROCESSAMENTO. VULCANIZAÇÃO. CONTROLE DE QUALIDADE

POLÍMEROS

A palavra polímero vem do grego poli (muitas) + mero (partes), e é exatamente isto, a repetição de muitas unidades (poli) de um tipo de composto químico (mero). E polimerização é o nome dado ao processo no qual as várias unidades de repetição(monômeros) reagem para gerar uma cadeia de polímero.

CLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROSCLASSIFICAÇÃO DOS POLÍMEROS:

Termoplástico

- Polímero que amolece e pode fluir quando aquecido. Quando resfriado ele endurece e mantém a forma que lhe é imposta. O aquecimento e o resfriamento podem ser repetidos muitas vezes. São formados por cadeias lineares ou ramificadas.

É possível a reciclagem.

- EXEMPLOS – PVC , POLIAMIDAS , PET, POLIURETANO LINEAR

Termofixo

Polímero que não pode ser dissolvido ou aquecido até altas temperaturas de forma a permitir deformação contínua. Os termoplásticos se tornam termofixos através de crosslinks (ramificações).São formados por cadeias reticuladas

NÃO SÃO POSSÍVEIS DE RECICLAGEM.

- EXEMPLOS - RESINAS ,EPOXIES

LIGAÇÕES CRUZADAS NUM SISTEMA POLIMÉRICO LIGAÇÕES CRUZADAS NUM SISTEMA POLIMÉRICO TERMOPLÁSTICO E AMORFO, PERMITE TRANSFORMA-LO TERMOPLÁSTICO E AMORFO, PERMITE TRANSFORMA-LO EM UM MATERIAL MAIS FORTE, ELÁSTICO E NÃO EM UM MATERIAL MAIS FORTE, ELÁSTICO E NÃO QUEBRADIÇO.QUEBRADIÇO.

- O PROCESSO DE INTRODUÇÃO DE LIGAÇÕES O PROCESSO DE INTRODUÇÃO DE LIGAÇÕES CRUZADAS , DENOMINADAS VULCANIZAÇÃO. CRUZADAS , DENOMINADAS VULCANIZAÇÃO.

ELASTÔMEROS OU BORRACHAS

PRIMÓRDIOS DA BORRACHA

Os indígenas da região Amazônica já faziam uso da borracha antes da presença dos europeus. O uso da borracha foi mencionado pelo Jesuíta Samuel Fritz e pelo Frei Carmelita Manoel de Esperança entre os índios Cambebas ou Omaguas. Em 1525, P. d’Anghlieria  relatou ter visto índios mexicanos jogarem com bolas elásticas. Colombo também encontrou nativos no Haiti brincando com bolas.

A palavra borracha teve sua origem numa das primeiras aplicações úteis deste produto, dada pelos portugueses, quando foi utilizada para a fabricação de botijas, em substituição às chamadas borrachas de couro que os portugueses usavam no transporte de vinhos.

Os primeiros estudos científicos da borracha foram desenvolvidos pelo francês Charles de la Condamine, que levou amostras do produto conseguido no Peru, em 1735, para a Academia de Ciências de Paris. Ninguém lhe deu muita atenção, pois tudo o que se fabricava com essa substância tornava-se pegajoso no calor e tornava-se inflexível ou esfarelava-se em baixas temperaturas. No entanto, um engenheiro francês, C. F. Fresneau, que estudara a substância na Guiana Francesa, conseguiu fazer um par de sapatos de seiva e impermeabilizar um sobretudo.

AS BORRACHAS PODEM SER CLASSIFICADAS EM:AS BORRACHAS PODEM SER CLASSIFICADAS EM:

BORRACHA NATURAL (NR)

BORRACHA SINTÉTICA

BORRACHA NATURAL(NR)

A borracha natural é o produto sólido obtido pela coagulação de latéx de determinados vegetais sendo o principal a Hevea Brasiliensis. Essa matéria prima vegetal, proveniente da planta conhecida vulgarmente como seringueira, é nativa da Amazônia.

BORRACHA NATURAL(NR)

Vantagens da utilização da borracha (NR)

Elevada resistência ao rasgo Excelente adesividade Boa resistência á abrasão Boa flexibilidade a baixa temperatura Elevada tensão de ruptura Boa resistência á propagação do rasgo

Limitações

Baixa resistência ao calor, ao ozônio e a luz solar Muito baixa resistência a óleos, a gasolina e a

solventes hidrocarbônicos.

Observações- Nível elevado de “nervo” na cadeia molecular.

- Tendência a reversão(escolha do sistema de aceleração).

- Elevada tensão de ruptura sem carga reforçante.

Borracha Natural-(NR)-GEB

BORRACHA SINTÉTICA

A importância que ganhou a indústria da borracha desde seu surgimento e o papel decisivo que assumiu no descortinar da civilização moderna despertou o interesse pela descoberta da sua composição química e, depois, pela síntese. A indústria de pneumáticos via, nas pesquisas, a possibilidade de se independer das plantações mundiais de borracha natural.

O declínio da produção de borracha natural no Brasil coincide com o período da Primeira Guerra Mundial (1914-1918) e com a necessidade de se obter produto mais barato, com suprimento mais seguro para a fabricação de pneus. A pressão decorrente da tomada das plantações asiáticas pelos japoneses levou ao desenvolvimento de uma borracha que, embora de estrutura diferente da natural, satisfazia extraordinariamente a alta demanda requerida pelas tropas na época.

Principais Tipos :

Poliisobutileno Borracha Butílica EPDM – Borracha de Etileno Propileno NBR – Borracha de Nitrila – Butadieno SBR – Borracha de Estireno – Butadieno CR – Borracha de Cloropreno

Borracha de estireno butadieno(SBR).

É um produto facilmente vulcanizável e acabou se transformando no carro chefe da industria da borracha mundial, apesar de suas propriedades não corresponderem a todas qualidades da borracha natural.Mas o custo e as características principais foram determinantes para que se tornassem concorrente imbatível. Essa borracha é constituída pela repetição de dois meros. Neste caso, ela é chamada de copolímero

Vantagens da utilização da borracha (SBR)

Excelente processabilidade Excelente resistência a abrasão Excelente resistência a flexão Excelente resistência ao impacto Muito boa resiliência Muito boa tensão de ruptura Boa flexibilidade a baixa temperatura

LIMITAÇÕES

BAIXA RESISTENCIA AO CALOR, AO OZONIO E A LUZ SOLAR

MUITO BAIXA RESISTENCIA A OLEOS, A GASOLINA E A SOLVENTES HIDROCARBONICOS.

OBSERVAÇÕES Grande diversificação de tipos Ligeiramente mais resistente ao calor e a flexão

comparada a borracha natural.

Borracha SBR

BORRACHA DE POLIBUTADIENO(BR)

A matéria prima que da origem ao polímero chama-se monômero. No caso polibutadieno é o butadieno.

Por sua vez, o monômero é obtido a partir do petróleo ou gás natural, pois é a rota mais barata.

A macromolécula da borracha sintética (BR) é formada pela repetição do seu mero: butadieno

VANTAGENS

Excelente resiliencia (maior que a NR). Excelente resistência á flexão Excelente resistência á flexão á baixa

temperatura. Excelente resistência á abrasão. Confere estabilidade dimensional ao artefato.

LIMITAÇÕES

Processabilidade limitada Baixa resistência ao calor, ao ozônio e a luz solar Muito baixa resistência a óleos, a gasolina e a

solventes hidrocarbônicos.

OBSERVAÇÕES

Devido a sua baixa recuperação elástica no estado “não vulcanizado”, é difícil de processar sozinha é indicado para misturas com outros elastomeros

BORRACHA DE POLIBUTADIENO(BR)

BORRACHA NITRILICA (NBR)

A borracha nitrilica é um polímero muito usado no processamento de solados de segurança, devido a suas propriedades físicas e mecânicas.

Suas propriedades variam em função do teor de acrilonitrila. Ela é composta por dois meros, acrilonitrila e butadieno.

VANTAGENS

Excelente resistencia a oleos e gasolina Excelente resistência a fluidos derivados de

petróleo Boa resistência a solventes hidrocarbônicos Muito boa resistência a álcalis e ácidos Larga faixa de temperatura de serviço (-

18ºC a 150ºC).

LIMITAÇÕES

Baixa resistência a solventes oxigenados Baixa resistência ao ozônio, luz solar ao envelhecimento

natural. Observações Propriedades variam em função do teor de acrilonitrilaMaior teor de acrilonitrila:a)Resistência a óleos / solventes aumentab)Resistência a abrasão aumentac)Resiliencia e flexibilidade a baixa temperatura diminuem

Processamento

a) Corte da borracha.

Esta operação pode ser feita manualmente com facas ou serrote que deverão estar lubrificados com água e sabão, para evitar o deslizamento. Normalmente são necessários dois operários, um para cortar e outro para segurar e separar as partes, para evitar o atrito entre estas e o elemento cortante.Outro sistema para corte é por meio de serra ou então guilhotina, quando se necessita de pedaços pesando de cinco a dez quilos.

Guilhotina

b) Pesagem dos ingredientes

Na pesagem da borracha utiliza-se balança tipo plataforma, enquanto que para as cargas (caolim, negro de fumo, etc), o tipo de alavanca é mais empregado. A precisão para ambos os casos é de 1%. Para os ingredientes que entram em menor proporção, emprega-se a balança automática.

Setor de pesagem (balanças).

c) Mistura

É a operação que consiste em produzir uma incorporação completa e dispersão uniforme de todos os ingredientes da formulação de borracha por meio de misturador de cilindros interno no (banbury).

Assim é que, enquanto no misturador de cilindros uma mistura, dependendo da formulação, se faz em cerca de 25 a 50 minutos, no interno(banbury) este tempo é reduzido para 4 a 8 minutos.

A operação de mistura deve obedecer a certos requisitos tais como: Tempo Temperatura Ordem de incorporação dos ingredientes

Misturador (banbury)

Misturador de cilindros

Equipamento com estrutura de aço ou ferro fundido, mancais de bronze com lubrificação forçada e dois cilindros de ferro fundido que possuem superfícies endurecidas(coquilha), sendo os eixos longitudinais dos cilindros situados num mesmo plano horizontal.

Os cilindros giram em setidos contrários, acionados por um sistema convecionado e com velocidade diferentes, sendo que a relação entre as suas velocidades (relação de fricção) é de 1:1,2 podemos ir até 1:1,5.

Cilindro de homogeneização

d) Resfriamento e armazenamento de composições

É a operação subseqüente a mistura. O material é retirado dos cilindros sob forma de banda/manta.

As mantas podem ser refrigeradas através do sistema de cabides

Através de Resfriador Caracol

Resfriador vertical (caracol)

e) Extrusão (barwell)

Esta operação consiste em dar uma forma preliminar ou definitiva á uma composição de borracha, previamente aquecida num misturador de cilindros.

A barwell é uma extrusora tipo pistão, onde se podem produzir pré formados de diversas formas e dimensões a custos muito reduzidos, com precisão de massa (g) de +/-1,5%.

Barwell

f) Conservação de pré-formados

Após sua fabricação, os pré formados devem ser conservados adequadamente sem se colar uns nos outros e sem modificar suas formas. Para isso, pode-se realizar os seguintes procedimentos:

Untá-los com um agente anticolante (estearato de zinco, emulsões diluídas de silicone, dissolução de agentes tensoativos).

Empilhar os pré-formados entre filmes de polietileno ou folhas de papel siliconado.

Cuidados!

E preciso observar que os pré-formados devem ser estocados preferentemente secos, por pequenos intervalos de tempo e em condições de temperatura relativamente baixa, de modo a evitar riscos de pré-vulcanização.

Pre-formado

g) Prensas

Podem ser mecânicas ou hidráulicas. Existem muitas variedades, vários tamanhos de platôs e pistões. O aquecimento da prensa pode ser a vapor, elétrico ou fluido térmico. A degaseificação é feita com a abertura e fechamento rápido do molde, visando á expulsão do ar retido em alguma cavidade. O controle de temperatura é feito por meio de um sensor de temperatura, e o controle do tempo, por meio de um temporizador.

O aquecimento a vapor é mais econômico e permite maior facilidade no controle da temperatura, porém o elétrico permite maior facilidade no controle da temperatura, porém o elétrico permite trabalhar com temperaturas mais elevadas, acima de 180ºC. podem ser manuais ou hidráulicas e são fabricadas com diversos tamanhos de pratos e números de vão. A pressão de compressão do artefato devera ser entre 10Kgf/cm² a 20Kgf/cm², podendo atingir 35Kgf/cm².. Na fabricação de placas microporosas, as pressões são mais elevadas e se situam em torno de 100Kgf/cm².

Prensa a vapor

Moldes ou Matrizes

h) Acabamento

Após a moldagem e a vulcanização dos artefatos de borracha, realiza-se a etapa de acabamento. Esta etapa tem a finalidade de remover as rebarbas e/ou impurezas. A operação de acabamento requer grande cuidado para que, ao retirar as rebarbas,não se modifiquem as dimensões dos artefatos

Aparação e revisão do solado

i) EXPEDIÇÃO

Vulcanização

É um processo irreversível durante o qual a composição de borracha muda a sua estrutura química através de ligações cruzadas entre as cadeias, transformando o que era um amaranhado de cadeias separadas, numa rede unificada tridimensional. A vulcanização consiste geralmente na aplicação de calor e pressão a uma composição de borracha. A vulcanização é possível devido a existência de duplas ligações ao longo da cadeia molecular. Algumas borrachas sintéticas são saturadas, portanto não vulcanizam com enxofre. Neste caso utiliza-se produtos químicos mais reativos como os peróxidos.

ATIVADORES DE VULCANIZAÇÃO

Sua função é ativar a ação dos aceleradores sobre o enxofre e o polímero, favorecendo vulcanizações rápidas

Os ativadores mais utilizados são uma mistura de oxido de zinco metálico (o mais comum é o oxido de zinco) e acido graxo(o mais comum é o acido esteárico).

Segundo a teoria de ativação, o oxido de zinco+ o acido esteárico, reagem entre si, formando um estearato de zinco muito ativo. Sabe-se que o íon zinco é insolúvel quando em seu estado de oxido e torna-se “solúvel” em seu estado na forma de estearato.

O enxofre, os aceleradores, o oxido de zinco e o acido esteárico formam complexos sulfurados, os quais constituem os chamados precursores de reticulação que preparam a borracha para o inicio da vulcanização e da reticulação final.

Agente de vulcanização

O agente de vulcanização é o responsável pela transformação que ocorre com o elastomero,passando de plástico para elástico,de solúvel a insolúvel, etc. De modo geral, os agentes de vulcanização classificam-se em três grupos, cuja descrisão se faz neste subitem.

-Enxofre -Doadores de enxofre -Agentes não sulfurosos

ACELERADORES DE VULCANIZAÇÃO

Sua função é acelerar a reação de vulcanização. A reação do enxofre com a borracha é muito lenta e antieconomica. A utilização de acelerador melhora as propriedades físicas das composições e a resistência ao envelhecimento.

Varias são as classes de aceleradores existentes e, em geral são utilizadas combinações de mais de um tipo:

Principais tipos de aceleradores

Mercaptans Tiurans Guanidinas Ditiocarbamatos Sulfenamidas Aminas e Aldeido-aminas Tioureias, Xantatos Peroxidos

CARGAS(REFORÇADORAS E INERTES)

São utilizadas para reforçar as composições, conferindo-lhe propriedades físicas elevadas e/ou então para barateá-las.

1)Cargas de reforço ou ativas

Preta :negro de fumo

Branca:sílica, silício aluminato de sódio,caolin duro e caolin tratado.2)Cargas inertes ou de enchimento:

Caolins moles, carbonatos de cálcio moídos, talcos, carbonato de bário, sulfato de bário, asbestos, borracha mineral(asfalto), factices.

ANTIOXIDANTES/ANTIOZONANTES

São produtos químicos capazes de proteger a borracha quando exposta a luz solar, luz ultravioleta, exposição ao tempo, esforços repetidos, temperatura, oxigênio e ozônio.

É sempre indispensável adicioná-los ao composto de borracha independente da quantidade previamente adicionada á borracha durante a sua fabricação. Eles são responsáveis pela prolongação da vida do artefato.

Plastificantes

São óleos capazes de auxiliar o processamento de borrachas. Os plastificantes são também chamados de emolientes agindo como lubrificantes intermoleculares. Eles promovem a plastificação por ação física.

Geralmente são incorporados ao composto durante a mistura e não durante a mastigação.

Eles facilitam a adição e dispersão das cargas, reduzem a temperatura e o consumo de energia durante a mistura, facilitam a processabilidade na extrusão e calandragem e modificam as propriedades do produto final.

Tipos de plastificantes:

Aromáticos(manchantes) Naftenicos(não manchantes) Parafinicos(não manchantes) Os parafinicos possuem mais que 55%de carbonos

parafinicos. Os naftenicos possuem mais que 35% de carbono

naftenicos. Os aromáticos possuem mais que 35%de carbonos

aromáticos

Agentes de pegajosidade

São utilizados para melhorar o “tack” das composições. Em geral atuam também como plastificantes de ação moderada. Dentre os mais empregados estão as resinas de cumarona-indeno, derivados da madeira como alcatrão de pinho e breu, poliéteres aromáticos, resinas fenólicas, hidrocarbônicas e terpenicas.

Auxiliares de processo

São produtos ou misturas de produtos que quando incorporados aos compostos de borracha, favorecem a processabilidade sem afetar as propriedades físicas. Normalmente são produtos derivados de ácidos graxos( sais de zinco, de cálcio,etc, ésteres e suas combinações), misturas de resinas hidrocarbônicas e organosilicones. Contribuem para diminuir a temperatura e o consumo de energia durante a operação de mistura, facilitar a incorporação dos ingredientes, principalmente as cargas.

Pigmentos e corantes

Os pigmentos são em geral inorgânicos e atuam como agentes de cobertura. Os mais usados são:

BRANCO – oxido de zinco, dióxido de titânio, litoponico(sulfeto de zinco e sulfato de bário).

VERDE – oxido de cromo VERMELHO – oxido de ferro, sulfeto de mercúrio. AMARELO – dicromato de chumbo. Os corantes são orgânicos e usados em quantidades

menores nas composições de borracha.

Controle de qualidade

Devido a complexidade de composição, produção e aplicações os vulcanizados requerem elevado numero de ensaios para a garantia de sua qualidade e para a previsão de seu desempenho. Desta forma, normalmente, realizam-se ensaios básicos e, conforme as condições de trabalho do artefato de borracha.

Densidade

Densidade, ou massa especifica, é a massa por unidade de volume do material, expressa em g/cm³. A densidade do material elastomerico é uma característica importante, pois dá a idéia de sua composição e permite o calculo do custo por unidade de volume. A densidade pode ser determinada conforme método descrito na norma ASTM D 297, item 16.3.

Dureza

Defina-se dureza como a medida da resistência imposta a penetração de uma superfície por um instrumento de dimensões determinadas e sob carga também determinada. Na industria da borracha , utiliza-se muito a dureza “SHORE”(Norma ASTM D 2240). O aparelho mais usado geralmente são o durometro Shore A, que possui uma escala de 0 a 100. Os durometros podem ser portáteis ou montados sobre um suporte, permitindo uma leitura mais precisa.

Resistência a abrasão

Denomina-se resistência a abrasão a resistência imposta pelos compostos de borracha ao desgaste quando ao contato com uma superfície móvel e abrasiva. Um dos aparelhos mais conhecidos e ultilizados para realizar o ensaio de resistência a abrasão é o abrasimetro DIN. O método de ensaio de resistência a abrasão: - Abrasão DIN 53516; Abrasão Pico (ASTM D 2228); Abrasão NBS (ASTM D 1630).

Referências Bibliográficas

Identificação de Plásticos, Borrachas e Fibras.

Mano e Mendes

Tecnologia de Transformação dos Elastômeros

Rocha, Lovison e Pierozan (SENAI)

http://www.ced.ufsc.br/emt/trabalhos/borracha/borracha/historia_arquivos/historia_02.htm

ALUNOS

BRUNA MARTINS CALZAVARALUÍS CARLOS MENDONÇAMARLON TIAGO DAMACENASINARA FERREIRASIRLEI AMARAL DE JESUSSILAS GABRIEL DA SILVA SALES