Cargas para Indstria de Borracha
Para se fazer um composto de borracha, devemos observar as
seguintes propriedades:- Assegurar um produto que satisfaa as
exigncias de uso Utilidade.
- Ser um produto eficiente em suas funes Qualidade.- Obter um
produto com o custo mais baixo o possvel Relao custo/benefcio.
Os principais ingredientes de formulao so classificados
como:
-Elastmeros
O elastmero a base da mistura. Ex: SBR
- Agentes de Vulcanizao
o responsvel pela grande transformao do elastmero, passando-o de
plstico para elstico, de solvel para insolvel. Ex: Enxofre.
- Aceleradores
So substncias que reduzem o tempo de vulcanizao, melhorando as
propriedades fsicas.
-Ativadores
So os responsveis diretos pela ativao da vulcanizao. Ex: xido de
zinco e o cido esterico.
-Retardadores -Antioxidantes
So utilizados para reduzir o risco de pr-vulcanizao de um
composto.
So usados para evitar o processo de envelhecimento do elastmero.
So substncias adicionadas para facilitar -Auxiliares de processo
operaes tais como: mistura, calandragem, extruso e moldagem, e com
isso reduzir os custos. So ingredientes usados para reduzir custo.
Podem reforar as -Cargas propriedades fsicas de um elastmero, alm
de dar certas caractersticas de processamento. Ex: negro-de-fumo.
-Plastificantes Tm a funo de reduzir a viscosidade, para facilitar
a absoro dos demais ingredientes e o processamento do composto. So
usados em casos especiais. So exemplos: -Outros -Agentes de expanso
-Retardantes de chama - Pigmentos - Odorantes
Uma das leis que regem os conceitos de elasticidade a Lei de
Hooke que traduz uma relao de proporcionalidade entre tenses e
deformaes:
=Eo.
Onde: tenso aplicada, fora aplicada por unidade de rea; E0
coeficiente de proporcionalidade, chamado mdulo de elasticidade ou
mdulo de Young; deformao relativa, isto , a deformao observada ao
dividir pela dimenso inicial.
Figura 1 Curva Tenso-Deformao para um ao.
Figura 1 Curva Tenso-Deformao (ao)
Figura 2 Curva Tenso-Deformao (borracha)
Figura 1 Curva Tenso-Deformao para um ao.
Tenso limite elstica: Tenso qual o material comea a ceder
plasticamente, i.e. ponto para o qual passa a haver deformao
permanente e a curva tenso / deformao deixa de ser linearMaterial
muito rgido (tpico de um cermico) plastica tenso elastica fractura
(tpico de um metal) Tenso limite elstica (tpico de um polmero)
Muito dctil, Material pouco rgidodeformao
O corpo de prova estendido a uma velocidade padro constante at a
sua ruptura. A resistncia trao, avaliada pela carga aplicada por
unidade de rea no momento da ruptura. O alongamento representa
aumento percentual do comprimento da pea sob trao, no momento da
ruptura. O mdulo de elasticidade ou mdulo de Young medido pela razo
entre a tenso e a deformao, dentro do limite elstico, em que a
deformao totalmente reversvel e proporcional tenso.
A fora aplicada concentrada na posio do corte. O teste mede a
energia necessria para rasgar o corpo de prova numa velocidade
especfica de separao. A resistncia ao rasgo exprime-se em unidades
de fora por milmetro de espessura de borracha (N/mm).
baseada na penetrao de uma esfera rgida num corpo de prova, em
condies previamente fixadas. conhecida a relao entre a profundidade
de penetrao de uma esfera rgida e o mdulo de Young, para um
material perfeitamente elstico e isotrpico:
F a fora de penetrao, em Newton; E0 o mdlo de Young, em MPa; R o
raio do penetrador esfrico, em mm; P a profundidade de penetrao, em
mm.
Consiste em unir quimicamente as cadeias polimricas individuais
Formao de ligaes cruzadas Visa obteno de uma rede tridimensional
elstica Melhora as propriedades elastomricas desejadas no produto
final. O desempenho do material nesta fase do processo avaliado
pelos testes de vulcanizao
Tenso
Reao de Vulcanizao Efeitos nas propriedades mecnicas do processo
de vulcanizao -Aumento a deformao elstica, - Diminuio da deformao
plstica,
No processo de vulcanizao, trs fatores so importantes: 1 -
Velocidade de formao de ligao cruzada, 2 - Extenso final da formao
de ligaes cruzadas, 3 - Tempo para incio do processo de formao de
ligao cruzada.
O desempenho da vulcanizao avaliado por testes baseados em
mudanas fsicas que ocorrem na borracha. Estas mudanas geralmente
ocorrem em trs estgios: Perodo de induo; O perodo de induo
representa o tempo, na temperatura de vulcanizao, durante o qual no
ocorre formao das ligaes cruzadas.
Estgio de cura ou vulcanizao: Aps o perodo de induo, ocorre a
formao das ligaes cruzadas em uma velocidade dependente da
temperatura, do tipo de borracha e do sistema de cura empregado.
medida que os aditivos do sistema de cura so consumidos, as reaes
de vulcanizao tornam-se lentas at que uma rigidez tima atingida.
Este ponto representa a vulcanizao completa. Estgio de reverso ou
sobrecura: Aquecimento adicional pode resultar em um aumento muito
lento da rigidez ou em seu decrscimo, dependendo do tipo de
borracha utilizado. Estas mudanas finais so conhecidas como
sobrecura.
Componente Copolmero de Butadieno-Estireno (SBR)xido de Zinco
cido Esterico N-ciclohexil-2-benzoatil sulfenamida (CBS) Dissulfeto
de Tetrametil Tiuram (TMTD) Aminox Negro de Fumo leo Aromtico
Enxofre
Massa (g) 30012 6 3 1,5 3 60 15 6
FunoAtivador Ativador Acelerador de vulcanizao Acelerador de
vulcanizao Anti-Oxidante Carga de Enchimento Plastificante Agente
Vulcanizante
Moinho de mistura
Remetro de cavidade oscilante Norma ASTM D-2084 Durao: 1
hora
Equipamento contm um cavidade mantida sob alta temperatura Uma
quantidade do composto reticulada enquanto so medidos valores de
torque em relao ao tempo, impostos pela oscilao em um determinado
ngulo de um eixo rotor. Plotados em um grfico Definindo a curva
reomtrica do composto
Durmetro do tipo Shore A;Introduo de um penetrador mediante um
peso; Tempo de medida: 20 segundos; Determinao de dureza segundo a
norma ASTM 2240.
Durmetro tipo Shore A
Equipamento - Norma ASTM D 412
Corpos de prova - Norma ASTM D 412
Vulcanizao: Unir quimicamente cadeias polimricas, por meio de
ligaes cruzadas Rede tridimensional elstica Desempenho do material:
Teste de vulcanizao Mudanas fsicas ocorrem em 3 estgios: Perodo de
Induo Estgio de vulcanizao Estgio de reverso
Torque mnimo (ML): medida da rigidez da amostra no vulcanizada
em dada T Torque mximo (MH): medida da rigidez ou mdulo de
cisalhamento da amostra completamente vulcanizada em dada T de
vulcanizao. Tempo de pr-vulcanizao: Tempo no qual comea a
vulcanizao Tempo timo de vulcanizao: Tempo necessrio para atingir
90% do torque mximo na curva
t90 = (MH ML) x 0,9 + ML
Tempo de pr-vulcanizao: 1 min e 51 segundos Torque mnimo com
negro de fumo: 0,91 x Torque mnimo sem negro de fumo: 14,06 Menor
dificuldade de processamento Torque mximo com negro de fumo: 15,90
x Torque mximo sem negro de fumo: 14,86 Maior rigidez da composio
Tempo timo de vulcanizao: 4 min e 31 segundos x t90 sem negro de
fumo: 7 min e 12 segundos Favoreceu reao de vulcanizao
CORPO DE PROVA CP1 CP2 CP3
DUREZA (Fora/rea) 51 50 53
CP4 CP5
52 50
Resultados do teste de Dureza
Mdia = 51,2 Shore A; Desvio Padro = 1,16; Classificao: macia
(entre 40 e 60);Dureza (sensitiva) Muito Macia Macia Mdia Dura
Muito Dura Dureza Shore A Inferior a 40 40-60 60-75 75-90
90-100
Dados obtidos atravs do ensaioResultados obtidos no ensaio de
trao
Corpo deprova CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 Nm de CPs Mdia Mediana Des.
Pad. Coef. Var (%) Mnimo Mximo
Comp. Base (mm) 25,10 25,10 25,10 25,10 25,10 5 25,10 25,10
0,0000 0,0000 25,10 25,10
rea(mm2) 11,46 11,16 12,26 12,26 11,83 5 11,79 11,83 0,4882
4,139 11,16 12,26
Tenso
Def.
Mod.
Tenso
Energia
Tenso
Ruptura Especifica Elastici. Ponto PT1 Ruptura Ponto PT2 (MPa)
4,60 3,59 6,24 4,54 4,88 5 4,772 4,601 0,9532 19,97 3,594 6,239
Ruptura(%) 275,35 226,94 342,51 285,95 297,53 5 285,7 285,9 41,62
14,57 226,9 342,5 (MPa) 2,78 3,32 2,72 2,13 2,84 5 2,755 2,775
0,4252 15,43 2,125 3,318 (MPa) 1,59 1,61 1,56 1,43 1,57 5 1,551
1,571 0,07322 4,719 1,425 1,611 (N.mm) 1718,46 1167,29 2861,32
1820,41 2021,19 5 1918 1820 615,1 32,07 1167 2861 (MPa) 5,05 2,22 2
3,635 3,635 2,000 55,04 2,220 5,049
Dados obtidos atravs do ensaio
Comparao com dados encontrados na literatura
Fonte: Artigo Tcnico Cientfico sobre Propriedades Mecnicas e
Resistncia Chama de Composies SBR/Negro de Fumo/Hidrxido de
Alumnio
Os dados experimentais obtidos neste estudo no so aplicveis para
qualquer tipo de composto e processo de vulcanizao, pois mudanas na
formulao do composto elastomrico e da temperatura da vulcanizao
certamente geraro dados diferentes. A metodologia adotada poder ser
aplicada em vrios processos de vulcanizao, permitindo controlar com
maior preciso a qualidade do artefato e o tempo de vulcanizao.
No teste de dureza concluiu-se que a formulao pruduzida de
classificao macia. De acordo com o ensaio de trao concluiu-se que a
formulao produzida no de bom desempenho Para ter conhecimento da
influncia do negro de fumo no mateiral produzido seria necessrio a
realizao de testes variando o quantidade de negro de fumo.
