Post on 18-Feb-2015
Tecnologia da Borracha
Elastômeros- Histórico e Introdução à Tecnologia da Borracha,
- Critério para um Polímero ser Elastômero,
- Propriedades e Estrutura de Elastômeros,
- Sistemas de Vulcanização,
- Equipamentos de Processamento de Elastômeros,
- Tecnologia de Pneus,
- Estrutura Química de Polímeros Termofixos,
- Processamento de Polímeros Termofixos.
- Mark J. E.; Erman, B.and Eirich, E. M.- Science and tecnology ofRUBBER, New York, Academic Press, 2th (1994).
- Brydson, J.A, London, Elsevier Applied Science, 1th, (1988).
- Morton M., New York, Chapman & Hall, 6 th (1966)
Referência Bibliográfica
Aspectos Históricos
���� Descoberta da borracha séc.XVI;
����Até 1800 a borracha não era usada para aplicações em engenharia;
���� Descoberta da vulcanização (Vulcano, Deus do Fogo
e do trabalho com metais). - Charles Goodyear;
���� Patente em 1840 - Goodyear e Thomas Hancock
CRITÉRIO PARA UM POLÍMERO SER ELASTÔMERO TERMOFIXO
���� Não deve ser facilmente cristalizável
���� Rotações entre as cadeias devem estar livres
���� Tg deve ser bem abaixo da temperatura ambiente
���� Devem apresentar ligações cruzadas
Elastômeros ou Borrachas
Tipos de Borrachas consumidas mundialmente
Borracha natural Poli(cis-isopreno)
CH3
(C C C C)
Alta Resiliência, boa resistência à abrasão, baixa histerese, excelente resistência ao rasgo.
Extração de seringueiras (Hevea Brasiliensis)
Copolímero de estireno-co-butadieno
60 % do mercado (SBR) - alta resistência à abrasão, baixa resistência ao rasgo
Poliisobutileno
Aplicações
Câmaras, balões e correias
excelente resistência àpermeação de gases,
Polibutadieno
Excelente processabilidade, baixa histerese, baixa resistência à tração
Policloropreno (Neopreno)
Utilizado basicamente em aplicações como mangueiras. Recobrimentos.
Apresenta elevada resistência química e baixa flamabilidade.
Copolímero aleatório Acrilonitrila-butadieno
Copolímero com elevada resistência à solventes
Elastômero Termoplástico
Copolímero de Estireno-Butadieno-Estireno (SBS)
Propriedades EPDM NR SBR IIR CRDensidade (g/cm3) 0.86 0.92 0.94 0.92 1.23
Resistência à Tração (MPa) 22 28 24 21 28Alongamento (%) 500 700 500 700 500
Resiliência Yerzley (%) 75 80 65 30 75Resistência ao Rasgo (kN/m) 15-50 35-45 23-35 225-35 35-45Resistência à Intempéries E R-B R-B E B
Ozônio E R R B BÀcidos B-E B B B E
Óleos e Solventes R R R R BAbrasão B-E B E B B-E
Permeação R R R E R
E - Excelente
B - Bom
R - Ruim
Produção da Borracha
- Borrachas como a NR, SBR, Polibutadieno, entre outras são fornecidas na sua forma não reticulada
em bateladas de até 100 Kg às indústrias de transformação.
- A NR, obtida da seringueira é fornecida como emulsão de partículas de polímero dispersas em solução aquosa também conhecida como Látex.
- Emulsões poliméricas podem ser usadas diretamente como adesivos e na produção de
tintas, luvas e recobrimentos
Produção de NR sólida a partir do Látex
- Eliminação de água até 15 %,
- Coagulação com ácido fórmico,
- Polímero precipitado é prensado entre cilindros para remover excesso de água até a formação de uma placa de 5
mm de espessura,
- Concentração - envolve a secagem do material usualmente com fumaça originada de queima da madeira.
Reação de Vulcanização
A vulcanização ou cura é uma reação intermolecular.
Efeitos nas propriedades mecânicas do processo de vulcanização
- Aumento a deformação elástica,
- Aumento a força retrativa
- Diminuição da deformação plástica,
No processo de vulcanização, três fatores são importantes:
1 - Velocidade de formação de ligação cruzada,
2 - Extensão final da formação de ligações cruzadas,
3 - tempo para início do processo de formação de ligação cruzada.
Avaliação das características reológicas e de cura das borrachas
Plastímetro de Mooney
Curômetro Moosanto
Plastímetro de MooneyMede-se o torque para se girar um disco na presença
da borracha durante a vulcanização
T90 = Tmin + (Tmáx -Tmin.)x90
100
Curômetro Moosanto
Avalia a rigidez em função do tempo
através de um disco oscilatório que mede a plasticidade do material
Sistema de Vulcanização
Hoje em dia o sistema de vulcanização é composto por uma série de substâncias que acrescentadas à borracha e ao enxofre aceleram o processo de reticulação e conferem ao polímero maior resistência à
oxidação e resistência mecânica.
1 - Agente de Vulcanização
2 - Acelerador
3 - Ativador
4 -Outros aditivos.
5 - Cargas de reforço ou enchimento
1 - Agente de Vulcanização
É a substância responsável pela formação de ligação cruzada
Exemplos:
Enxofre, Selênio, Telúrio, Polisulfetos, óxido de zinco, peróxidos
2 - Aceleradores
usados para aumenta a taxa de cura, melhorando as propriedades físicas e resistência à intempéries.
Exemplos di-sulfeto de benzotiazila (MBTS)
di sulfeto de tetrametil tiuram (TMTD)
Aldeído/amina
3 - Ativadores
reagem com os aceleradores formando complexos que ativam o enxofre presente na mistura
Exemplos:
Óxido de zinco, ácidos graxos
4 - Outros aditivos
Antioxidantes,
pigmentos
antiestáticos
retardantes de chama
lubrificantes
5 - Cargas
Cargas reforçadoras
Brancas: Sílica precipitada, Carbonato de Magnésio, Silicatos, Fibras de vidro
Pretas: Negro de Fumo
Poliméricas: Resina amídica, fenólica, uréia, estirênica, olefínica.
Inertes
Pretas: Asfalto, grafite, borracha reciclada
Brancas: Caulim, Carbonato de cálcio
Diversas: Celulose e seus derivados, amianto.
Negro de Fumo
- Tem a capacidade de aumentar a resistência mecânica, rigidez, resistência à abrasão e resistência térmica.
- As interações interfaciais entre carbono e matriz polimérica são fundamentais para permitir o reforço. No caso do NF, interações interfaciais são viáveis através de
radicais livres presentes nas superfícies.
Ação do NF Resistência à Tração (MPa)
SBR 2.2
SBR + 50 % NF 25
Resistência à tração de borrachas reforçadas e não reforçadas com NF
Processamento da borracha
Misturador Banbury
pistão
Misturador de Rolo
Pré-conformação
Calandragem
Moldagem por compressão (reação de cura)
aquecedores
Tecnologia do Pneu
Funções do pneu
- suportar a carga
- Oferecer respostas eficientes nas freiadas e aceleradas
- Contribuir com a suspensão do veículo no conforto
-Garantir a dirigibilidade do veículo
- Alta resistência ao rasgo
- Oferecer segurança
- Não deve apresentar super aquecimento durante ouso
Componentes do Pneu
Cinturões
Banda de rodagem (1): parte do pneu que entra em contato com o solo.
Sulcos (2): cavidades que recortam a superfície da banda de rodagem longitudinal e/ou
transversalmente, definindo o seu desenho.
Ombros (3): partes do pneu entre a banda de rodagem e os flancos.
Lona(s) ou cinta(s) de proteção (4): parte exterior da estrutura resistente do pneu, que
tem a finalidade de proteger as lonas/cintas de trabalho.
Lonas ou cintas de trabalho (5): parte exterior da estrutura resistente do pneu radial que
tem a finalidade de estabilizar o pneu.
Revestimento interno (6): toda a superfície interna do pneu, constituída de componentes
de borracha que tem a função de proteção.
Lona carcaça (7): parte interior da estrutura resistente do pneu cujos cordonéis
estendem-se de um talão a outro.
Flancos ou lateral (8): partes do pneu compreendidas entre os limites da banda de
rodagem e os talões, também conhecido como flanco costado.
Cordão ou filete de centragem (9): linha em relevo próxima da área dos talões que tem a
finalidade de indicar visualmente a correta centralização do pneu no aro.
Talões (10): partes do pneu que entram em contato com o aro, garantindo a sua fixação
ao mesmo (na Figura o talão da direita é de um pneu sem câmara).
Aro do talão (11): elemento metálico interno do talão.
Carcaça: estrutura resistente formada por um conjunto de lonas e eventuais cintas de
proteção ou de trabalho.
Cordonéis: elementos metálicos ou têxteis retorcidos que constituem a carcaça e dão
resistência às lonas e cintas.
Engenharia do Pneu
Componentes
Banda de rodagem
FunçõesÉ a parte do pneu que entra em contato direto com o solo. Devem oferecer desempenho e segurança. Resistência ao desgaste, baixa perda de calor, aderência, controle de tração.
Materiais
SBR/NR/Polibutadieno e NF
Flancos ouparede lateral
Arames de aço Manter o pneu acoplado ao aro
Parte resistente do pneu que suporta o peso total do veículo
Proteger a carcaça. Deve possuir alta flexibilidade
deve retém o ar sob pressão
Lonas ou carcaça
Parte interior da carcaça
Poliisobutileno
Cinturões
Tecidos poliméricosou de aço
SBR/NR/Polibutadieno
e NF
Talões
Camadas de tecidos poliméricos ou arames
Complementam a resistência do pneu
Formulação da Banda de Rodagem
Borracha
Sistema de
vulcanização
Carga
Antioxidante Difenil amina
PPP
EnxofreMBTSÁcido
óxido de zincoesteárico
NF
SBR S-1712NR - 1220Polibutileno
75205
1,50,95
3
55
1
Antiozonante IPPD/Parafina 4
Fabricação do pneu
A manufatura de pneus consistes de 6 processos básicos
1 - Mistura de borracha não vulcanizada com NF e outros aditivos necessários para a formulação do material,
2 -Extrusão das bandas de rodagem,
3 - Extrusão de chapas de tecidos recobertos com borrachas (lonas),
4 - Contrução de talões,
5 - Montagem dos componentes numa prensa para pneus,
6 - Cura da borracha sob pressão e temperatura
Fabricação de pneus
1 - Etapa: preparação da mistura elastomérica
2 - Extrusão da banda de rodagem
3 - Construção das Lonas
4 - Construção dos talões
5 - Construção dos pneus
6 - Processo de Vulcanização