elastomeros alta performance

Elastômeros de alta

performance

V.J.Garbim

(adaptado)

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Elastômeros

Nos estudos da ciência dos Materiais, podemos entender que ELASTÔMEROS são aqueles

materiais com características visco-elásticas que não se comportam nem tão rígido como

os sólidos compactos, nem tão fluidos como os líquidos, seja, estão numa fase

intermediária.

Estes oferecem propriedades mecânicas e químicas, interessantes à engenharia quando

se deseja unir duas partes, estando uma fixa e outra com movimento em algum grau de

liberdade.

Compostos

Os artefatos elastoméricos, na realidade, são compostos de diversos ingredientes, que

após devidamente misturados e, submetidos a determinadas condições de

processamento, são lhes fornecidas as formas geométricas e propriedades finais de

utilização.

Basicamente os ingredientes de composição são:

- Polímero principal,

- Agentes anti-degradantes (antioxidantes antiozanantes, etc.),

- Cargas e Plastificantes,

- Agentes de cura (vulcanização)

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Estados Estruturais (Inicial e Final)

- Designa-se, estado estrutural INICIAL do composto elastomérico quando todos os

ingredientes da composição estão devidamente misturados e perfeitamente homogêneos,

seja adequadamente dispersos no composto. Popularmente chamado de Composto no

Estado Cru ou Verde.

- Designa-se, estado estrutural FINAL quando tal composto já passou pela reação Físico-

Química de Vulcanização, apresentando daí a forma geométrica e todas as propriedades

mecânicas, térmicas e químicas que a engenharia determinou para aquele artefato ou

elemento de máquina.

Critério de escolha

Basicamente o ponto de partida para escolha da família de elastômero mais adequado

para determinada aplicação está fundamentado em dois parâmetros, sendo eles:

resistência química e resistência térmica.

As normas ASTM D–2000; SAE J–200 e

ABNT EB 362, nos informam, baseadas em um composto padrão tipo goma-pura,

vulcanizado, quais famílias apresentam melhores desempenho a tais condições de

aplicação, conforme gráfico a seguir:

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(O gráfico mostra os parâmetros limites para indicação de famílias de elastômeros

considerando ensaios com 70 horas de exposição às Temperaturas “ TIPO “ e

Inchamento “ CLASSE “ por imersão em Óleo padrão ASTM nº3 )

Especificações especiais

Além do parâmetro (ponto de partida) para escolha da família de elastômeros mais

indicado, as normas já citadas ainda orientam sobre tipos específicos de ensaios, como

segue:

- Dureza;

- Tensão de Ruptura;

- Alongamento à Ruptura;

- Envelhecimento Térmico;

- Deformação Permanente à

Compressão;

- Resistência ao Ozônio ou à

Intempéries;

- Deflexão por Compressão;

- Resistência a Líquidos Orgânicos;

- Resistência a Baixas Temperatura;

- Resistência ao Rasgamento;

- Resistência à Flexão Dinâmica;

- Resistência a Abrasão;

- Força de Adesão a Substratos;

- Resistência a Água;

- Restrição ao Manchamento;

- Resiliência (Memória Elástica).

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Ainda, todos estes ensaios, admitem diversas variações nos métodos de seus

desenvolvimentos abrangendo uma ampla gama de exigências, as mais especiais das

montadoras. Não obstante, as montadoras reservam suas próprias normas de

especificações.

Elastômeros – Características e aplicações

A seguir são vistos os principais elastômeros considerados como de média e alta

performance, suas características singulares, propriedades e aplicações em artefatos

automotivos.

Aqui falaremos sobre os seguintes Elastômeros:

- Etileno Propileno (EPDM);

- Policloropreno (Neoprene);

- Polietileno Clorosulfonado (Hypalon);

- Polietileno Clorado (CPE);

- Fluorelastômeros (FKM);

- Borrachas Poliacrílicas (ACM / AEM).

EPDM

Terpolímero de média performance técnica produzido através da copolimerização do

Etileno + Propileno + Dieno conjugado. Apresenta cadeias estruturais totalmente

saturadas, (como visto abaixo). Sua morfologia estende-se desde muito amorfo até

altamente semicristalino. Pode ser vulcanizado por Enxofre ou Peróxidos Orgânicos.

- Densidade = 0,98;

- Temperatura de Tg ~ - 55º C;

- Temperatura máxima de trabalho ~150

º C;

- Não indicado para contato com

derivados de petróleo.

- Dureza de 40 a 85 Shore A;

-Tensão de Ruptura até 17 Mpa;

- Alongamento à Ruptura até 600 %;

- Baixa Deformação Permanente à

Compressão (20 %);

- Mantém propriedades em trabalho

constante à temperatura (até 125ºC);

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- Excelente resistência ao Oxigênio,

Ozônio e Intempéries;

- Ótima resistência a líquidos

refrigerantes de radiador automotivo;

- Ótima resistência a fluidos de freio

automotivo;

- Ótima resistência a fluidos polares;

- Excelente isolamento elétrico;

- Boa resistência a ácidos e bases (baixa

concentração);

- Pobre resistência a fluidos apolares

(derivados de Petróleo).

APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS

- Guarnições de vidros;

- Mangueiras de freio;

- Vedações diversas do sistema de freio.

POLICLOROPRENO - (Neoprene)

Neoprene é a marca comercial de um dos mais antigos polímeros, considerado de média

performance. Desenvolvido pela DuPont na década de 1930. Sua produção é a partir da

polimerização entre os gases de butadieno e clorídrico. A família do Policloropreno é

ampla estendendo-se desde tipos com ótimas propriedades mecânicas para produção de

artefatos altamente técnicos até graus indicados exclusivamente para adesivos. Sua

vulcanização se dá através de óxidos metálicos.

- Densidade = 1,23;

- Temperatura de Tg = - 45ºC;

- Temp. Max. Trabalho = 100ºC;

- Inchamento em óleo ASTM 3 = 120%;

- Dureza de 40 a 90 Shore A;

- Tensão de Ruptura até 23 Mpa;

- Alongamento à Ruptura até 700%;

- Baixa Deformação Permanente à

Compressão (18%);

- Ótimas propriedades para artefatos

com trabalho dinâmico;

- Mantém propriedades em trabalho

constante à temperatura até 100ºC;

- Muito boa resistência ao

Ozônio,Oxigênio e Intempéries;

- Ótima resistência à água e água

salobra;

- Regular resistência a fluidos derivados

de petróleo;

- Excelente adesão a substratos e

resistência a abrasão;

- Auto extinguível à chama.

ALGUMAS APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS

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- Correias de transmissão em “V“;

- Buchas das articulações de amortecedores;

POLIETILENO CLOROSULFONADO - Hypalon

O Polietileno Clorosulfonado também foi desenvolvido pela Dupont, já na década de

1950, com objetivo de obter um polímero elastomérico que acumulasse ótimas

propriedades de resistência a diversas famílias de produtos químicos numa ampla faixa

de temperatura. Basicamente, os principais fatores que distinguem os diversos graus

dentro da família deste material residem no teor de cloro combinado na estrutura

polimérica e na viscosidade Mooney. A vulcanização pode ser por Enxofre, Peróxido ou

Resinas especiais.

- Densidade = 1,18;

- Temperatura de Tg = - 45;

- Temp. Máx. Trabalho = 150ºC;

- Inchamento em óleo ASTM 3 = 80%;

- Dureza de 45 a 85 Shore A;

- Tensão de Ruptura até 20 Mpa;

- Alongamento à Ruptura até 450%;

- Regular Deformação Permanente à

Compressão ( 35% );

- Mantém propriedades em trabalho

constante à temperatura. até 150ºC;

- Excelente resistência ao Ozônio,

Oxigênio e Intempéries;

- Ótima resistência química a ácidos e

álcalis;

- Boa resistência a fluidos derivados de

petróleo;

- Excelente estabilidade e retenção de

cor;

- Boa resistência á abrasão;

- Ótimas propriedades retardante à

chama;

- Muito bom tack e adesão a substratos.

ALGUMAS APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS

- Tubo interno e capa para mangueiras de direção hidráulica,

- Capa de mangueira de combustível.

POLIETILENO CLORADO – CPE

O CPE é obtido através da polimerização em solução do polietileno em combinação com

o gás clorídrico, o que origina um elastômero de estrutura amorfa a semi-cristalina,

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totalmente saturada. A vulcanização pode ser por Peróxidos Orgânicos ou Tiadiazol.

- Densidade = 1,18;

- Temperatura de Tg = - 25 ºC;

- Temperatura. Máx. de Trabalho =

150ºC;

- Inchamento em óleo ASTM 3 = 80%;

- Dureza de 60 a 85 Shore A;

- Tensão de Ruptura até 16 Mpa;

- Alongamento à Ruptura até 550%;

- Regular Deformação Permanente à

Compressão (30%);

- Mantém propriedades em trabalho

constante à temperatura (até 150 ºC);

- Excelente resistência ao Oxigênio,

Ozônio e Intempéries;

- Boa resistência química a ácidos e

álcalis;

- Boa resistência a derivados de

petróleo;

- Boa estabilidade a cor (inferior ao

Hypalon);

- Bom isolamento elétrico.

ALGUMAS APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS

- Mangueira de retorno de direção hidráulica;

- Dutos de respiro de óleo de motor;

- Dutos de admissão de ar do motor.

FLUORELASTÔMERO – FKM

Dos elastômeros indicados para aplicações automotivas, podemos considerar o FKM como

o de mais alta performance, pois oferece a mais alta resistência química aos derivados de

petróleo, combinada com resistência a elevadas temperaturas. A ampla gama de grades

disponíveis na família do FKM oferece elastômero que atende desde temperaturas

inferiores a – 35 ºC até superior a 300 ºC, e inchamento em combustível, inferior a 10%.

A vulcanização pode ser por Diaminas, Bisfenol ou Peróxidos.

- Densidade = 1,82;

- Temperatura de Tg = - 50ºC;

- Temperatura. Max. Trabalho constante

= 250ºC;

- Inchamento e óleo ASTM 3, inferior a

10%;

- Dureza de 57 a 90 Shore A;

- Tensão de Ruptura até 17 Mpa;

- Alongamento à Ruptura até 500%;

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- Baixa Deformação Permanente à

Compressão (10%);

- Mantém propriedades em trabalho

constante à temperatura (até 210ºC);

- Excelente resistência ao Oxigênio,

Ozônio e Intempéries;

- Excelente resistência a derivados de

petróleo;

- Ótima resistência a solventes clorados;

- Ótima resistência a ácido e vapores;

- Muito pobre resistência a Cetonas,

Acetato de Etila, Bases Fortes e Aminas

concentradas;

ALGUMAS APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS

- Tubo interno de mangueiras de combustível;

- Anéis de vedação do sistema de injeção eletrônica;

- Mangueiras e vedações de válvulas, bomba de gasolina e diesel.

BORRACHAS POLIACRÍLICAS - ACM /AEM

ACM / AEM são elastômeros poliacrílicos desenvolvidos para cobrir uma lacuna de

características de resistência a derivados de petróleo e mais elevadas temperaturas,

situada entre a borracha nitílica e os fluorelastômeros.

- Densidade = 1,03;

- Temperatura de Tg = - 30ºC;

- Temperatura. Max. Trabalho constante

= 175ºC;

- Inchamento e óleo ASTM 3 ~ 20% .

- Dureza: De 45 a 85 Shore A;

- Tensão de Ruptura até 15 MPA;

- Alongamento de ruptura até 500%;

- Baixa deformação compressão (20%);

- Temperatura de serviço contínuo

máximo de 175°C;

- Ótima resistência a derivados de

petróleo;

- Baixo inchamento em óleo de motor

quente ( 5%);

- Boa resitência a ácidos (baixa

concentração) e vapores;

- Flexibilidade em baixas temperaturas (-

30°C);

- Excelente força de vedação em altas e

baixas temperaturas;

- Muito boa resistência a ozônio e

intempéries;

- Bom amortecimento a choques e

vibrações.

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ALGUMAS APLICAÇÕES AUTOMOTIVAS

- Gaxetas, anéis e vedações para o sistema de transmissão;

- Adesivos para altas temperaturas.