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Borracha de Etileno-Propileno-Dieno (EPDM)

Como Formular Borracha ?

Como Formular Borracha ?

Manuel Morato Gomes (Rubberpedia, portal da indústra da borracha)

::: Por Manuel Morato Gomes


SOBRE FORMULAÇÃO DE BORRACHA

Para fazermos uma formulação de borracha precisamos conhecer perfeitamente qual a aplicação do artefacto de borracha que pretendemos produzir. Esse conhecimento pode ser adquirido:

1 - com base na especificação técnica detalhada fornecida pelo cliente, seja dele próprio, seja baseada na Norma ASTM 2000 ou noutra Norma similar;
2 - com base em indicações exactas fornecidas pelo cliente as quais devem referir qual o tipo de trabalho que o artefacto de borracha vai executar e em que condições o faz, ou seja:

a) se vai estar em contacto com algum óleo, massa de lubrificação ou produto químico puro ou em solução, e neste último caso, qual a respectiva concentração;
b) qual a temperatura normal de trabalho e qual o valor que essa temperatura pode atingir em “picos” ocasionais;
c) se vai trabalhar à tracção, à compressão ou à flexão;
d) se é necessária resistência à abrasão e qual o seu grau de exigência;
e) se é necessária resistência ao ozono e qual as condições do ensaio;
f) se é necessária resistência à chama e qual o grau de exigência;
g) qual a dureza pretendida;
h) se necessita ser alimentar ou não;
i) qual a cor desejada;
j) qualquer outra indicação suplementar de importância;

Só após sabermos todos estes dados, estamos em condições de iniciar a “construção” da respectiva formulação de borracha. A escolha do(s) polímero(s) base é, portanto, a primeira etape da criação de uma formulação de borracha podendo para tal usar-se a “tabela de resistência a óleo e ao calor das borrachas” referida na “Introdução aos Polímeros” deste sítio.

» Tabela de Resistência a Óleo e ao Calor das Borrachas

Podemos também consultar, por exemplo:

» Tabela de Resistência das Borrachas a Diferentes Factores

Podemos igualmente usar qualquer outro documento que relacione as variações das propriedades físicas dos diferentes polímeros com a temperatura de utilização e com a presença de diferentes agentes químicos puros e/ou em solução.


A segunda etape consistirá na escolha das cargas (negros de carbono e/ou cargas brancas), plastificantes, auxiliares de processamento e corantes a usar, e na definição da respectiva quantidade.

» Negros de Carbono

» Cargas Brancas

» Auxiliares de Processamento

A primeira decisão na escolha das cargas é genérica (negro de carbono ou cargas brancas) e tem unicamente relação com a cor do produto que pretendemos produzir. Esta primeira escolha é depois pormenorizada em função das propriedades físicas pretendidas. Na “construção” de uma formulação de borracha a quantidade de carga a usar é limitada pela dificuldade de processamento da mistura de borracha e pela dureza pretendida. O cálculo teórico da dureza de uma mistura de borracha é feito tendo como base a dureza base do polímero (dureza obtida vulcanizando o polímero sem a adição de qualquer carga) como indicado na tabela I, adicionada do aumento de dureza resultante do tipo e quantidade de carga(s) utilizada(s) e diminuída da dureza correspondente à quantidade de plastificante utilizada.


Tabela I - Alguns exemplos de dureza base de Polímeros e quantidades aproximadas para aumento de 1 ponto Shore A (N 330, Caulino e Carbonato de Cálcio) e para diminuição de 1 ponto Shore A (Plastificante)

Polímero

Dureza Base (Shore A)

N 330 (phr/ponto de aumento de dureza Shore A)

Caulino (phr/ponto de aumento de dureza Shore A)

Carbonato de Cálcio (phr/ponto de aumento de dureza Shore A)

Plastificante (phr/ponto de diminuiçao de dureza Shore A)

NR

41

2,1

4,8

6,2

2,1

SBR

41

2,1

4,8

6,2

2,1

BR

41

2,1

4,8

6,2

2,1

IR

41

2,1

4,8

6,2

2,1

IIR

38

2,1

4,8

6,2

2,1

CR (Neoprene W)

41

1,7

3,5

5,6

2,1



Na tabela II, e a título indicativo, apresentamos a equivalência aproximada entre um phr de 31,5 de negro de carbono N 550, quantidade necessária para um aumento de 15 pontos de dureza Shore A em formulações baseadas em vários polímeros, e outros negros de carbono.


Tabela II- Equivalência entre um phr de 31,5 de N 550 e outros Negros de Carbono

Designação ASTM

Designação Internacional

phr Equivalente a 31,5 de Negro N 550

N 358

SPF (Super Processing Furnace)

25,5

N 242

ISAF-HS (Intermediate Super Abrasion Furnace, High Structure)

28,0

N 339

HAF (High Abrasion Furnace)

28,0

N 347

HAF-HS (High Abrasion Furnace, High Structure)

28,0

N 110

SAF (Super Abrasion Furnace)

29,0

N 220

ISAF-HM (Intermediate Super Abrasion Furnace, High Modulus))

29,0

N 219

ISAF-LS (Intermediate Super Abrasion Furnace, Low Structure)

33,0

N 550

FEF (Fast Extruding Furnace)

34,0

N 326

HAF-LS (High Abrasion Furnace, Low Structure)

35,0

N 539

FEF-LS (Fast Extruding Furnace, Low Structure)

35,0

N 660

GPF (General Purpose Furnace)

41,0

N 774

SRF-HM-NS (Semi-Reinforcing Furnace, High Modulus, Non-Staining)

45,5

N 762

SRF-LM-NS (Semi-Reinforcing Furnace, Low Modulus, Non-Staining)

47,5

N 880

FT (Fine Thermal)

75,6

N 990

MT (Medium Thermal)

79,0



Os plastificantes, atendendo á sua constituição química que, por sua vez, é função da sua origem, podem ser classificados como:

a) plastificantes de origem mineral como óleo, vaselinas, parafinas, resinas de cumarona, todos obtidos a partir do petróleo;
b) plastificantes de origem animal como massas de lubrificação extraídas de alguns óleos e massas de lubrificação animais;
c) plastificante de origem vegetal como as resinas de pinheiro;
d) plastificante de síntese que são produtos da indústria química, líquidos ou resinosos, como por exemplo o dioctil ftalato (DOP).

Ainda relativamente aos plastificantes, devemos referir que servem basicamente para regular a consistência da mistura por forma a suportar as operações posteriores, para obter vulcanizados de baixa dureza apesar da presença de cargas (negros de carbono ou cargas brancas) ou servem ainda para facilitar a incorporação das cargas.

Podemos incluir na mesma categoria, embora não sejam própriamente plastificantes mas uma vez que também facilitam a obtenção das misturas, os regenerados e os factices. Os regenerados modificam a consistência das misturas e facilitam a extrusão e a calandragem enquanto que os factices, produtos obtidos por reacção do enxofre com alguns óleos vegetais, diminuem a consistência da mistura, diminuem o nervo da borracha, e permitem obter por extrusão ou por calandragem superfícies mais lisas.



A terceira etape da definiçao da formulação é dedicada à escolha dos antioxidantes e antiozonantes ou qualquer outro protector julgado necessário, como por exemplo, um agente anti-chama.

» Antioxidantes e Antiozonantes



A quarta etape terá por finalidade a escolha do sistema de vulcanização. Se pretendermos obter produtos vulcanizados de estrutura celular, devemos igualmente considerar a escolha do agente de expansão, escolha que é sempre feita considerando o tipo de vulcanização usada, a temperatura a que a mesma se realiza e o tipo de célula pretendida. A escolha do sistema de vulcanização é uma das fases mais importantes e decisivas para a obtenção das propriedades desejadas, nomeadamente as propriedades que têm relação com a resistência ao envelhecimento.

» Introdução à Vulcanização

» Vulcanização com Enxofre

» Vulcanização sem Enxofre

Uma vez construída a formulação é necessário olhar com atenção para a fase de misturação, fase esta de grande importância para a obtenção das diferentes propriedades, incluindo, obviamente, o grau de uniformidade da mistura. Precisamos de decidir se vamos realizar a misturação numa única fase ou em duas, qual o “factor de enchimento” que vamos utilizar para o misturador interno, qual a rotação ou rotações que usaremos durante a misturação, qual a ordem de incorporação dos diferentes constituintes da mistura e qual a temperatura e/ou potência de descarga mais aconselhável, ou seja, precisamos de definir o “ciclo de misturação”.

Os ensaios a realizar no laboratório só se devem iniciar, algumas horas após ter terminado a misturação. Se a formulação cumprir todos os requisitos exigidos para as diferentes propriedades, devemos então proceder à realização de um ensaio de produção, usando as mesmas máquinas que as normalmente utilizadas para a obtenção de artefactos de borrachas semelhantes ao que pretendemos produzir. A realização do ensaio de produção deve ser totalmente acompanhada pelo responsável do desenvolvimento e inovação da empresa para que sejam perfeitamente detectadas todas as falhas existentes e, assim, as mesmas possam ser analisadas e corrigidas.


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