ENCOLHIMENTO EM COMPOSTOS DE BORRACHA

Luis TormentoDezembro/2016

Introdução• Um dos maiores problemas encontrados na fabricação de

um artefato é o seu encolhimento durante o processo de moldagem ou pós moldagem.

• Este fenômeno é normalmente conhecido como encolhimento e para obtermos peças dentro das dimensões desejadas, é necessário aumentar o tamanho da cavidade do molde para compensar essas variações dimensionais e obter um artefato dentro das tolerâncias exigidas.

• Uma série de fatores atuam para obtermos uma peça dentro dos parâmetros dimensionais exigidos.

Polímeros• Por exemplo, diferentes tipos de polímeros têm sua

própria característica de encolhimento, porém não é somente isto que afeta o encolhimento dos artefatos de borracha; discutiremos isto abaixo.

• Para iniciar, apresentamos a seguir uma tabela genérica onde destacamos o encolhimento típico de um determinado polímero; outros fatores têm influência neste encolhimento, e todos eles são somatórios para o encolhimento final do artefato de borracha

Polímeros

Designação ASTM Nome comum Taxa de encolhimento, %ACM Acrílica 2,0-4,0AEM Vamac® 2,0-4,0

AU/EU Uretano 1,6-3,3CR Neoprene® 1,0-3,0

CSM Hypalon® 1,8-3,0ECO Hydrin® 2,0-3,0

EPDM EPDM 1,9-3,5FEPM Aflas® 3,0-4,5FKM Vito®, Fluorel® 2,0-4,5

FVMQ Fluorsilicone 2,8-4,7HNBR Therban®, Zetpol® 2,0-3,0

IIR/CIIR Butilica 1,0-2,5NBR Nitrilica 1,5-3,5

NR/IR Natural 2,0-3,5PVMQ/VMQ Silicone 2,0-5,0

SBR Buna S 2,0-3,0

Encolhimento típico de alguns polímeros

Expansão durante a cura/vulcanização

• Um ponto importante é que, durante as fases de aquecimento e do processo de pressão para transformar o material não curado em um produto acabado, sempre haverá algum grau de expansão linear do composto de borracha. O problema é que as matrizes ou moldes necessários para suportar as temperaturas e pressões do processo, são normalmente fabricadas em alumínio ou aço - estes metais têm uma taxa de expansão linear significativamente mais baixa do que a borracha contida dentro do molde. Apesar de esta diferença de expansão ajudar a conferir uma pressão adicional no interior do molde, com consequente melhora nas condições de cura, ela pode também fraturar moldes fracos.

Expansão durante a cura/vulcanização

• Também significa que, quando limitada pelo molde durante a cura, com um tamanho menor do que a borracha teria atingido se aquecida num estado relaxado, quando a peça é "retirada do molde", o resfriamento deste tamanho restrito significa que o maior grau de expansão linear da borracha em relação ao aço ou de alumínio, resulta na retração da peça ou "encolhimento", proporcionalmente maior do que a ferramenta que o moldou, terminando substancialmente menor do que a cavidade do molde correspondente.

Caraterísticas da carga

• A proporção de cargas dentro de um composto de borracha também tem um efeito significativo, principalmente porque o seu coeficiente de expansão linear é menor do que a do aço e da borracha.

• As cargas de enchimento são usadas para aumentar a dureza e as propriedades físicas dos polímeros de borracha, de modo que, quanto mais carregado for um polímero para aumentar a sua dureza, menor será seu encolhimento.

Caraterísticas da carga• Este é um fato comum, onde as especificações dos clientes

para um mesmo artefato exige diferentes durezas com as mesmas características dimensionais, ou seja, feitas a partir do mesmo molde.

• Se uma peça tem tolerância apertada, dependendo de seu tamanho e forma, grandes diferenças no tamanho podem ser observadas após resfriamento completo das peças; em casos extremos, isto pode exigir moldes individuais, pois podem existir taxas de encolhimento diferentes em peças do mesmo tamanho, mas de dureza diferentes.

Características da Reticulação• O processo de cura é necessário para construir as ligações

cruzadas moleculares que dão à borracha sua "memória"; a maneira como estas ligações cruzadas são formadas para um dado polímero também pode afetar a contração nos artefatos, e este é outro fator que pode influenciar o tamanho final de qualquer peça.

• A contração é influenciada pelo sistema de cura:– sistemas de cura por peróxido: têm contração entre 0,8-1,0%– sistemas de cura à base de enxofre podem variar de 0,1-0,3%.

Características da Reticulação

• Mas, no caso de misturas particulares de polímeros , as variações podem ocorrer fora destas orientações.

• No entanto, em peças com tolerâncias finas, mesmo que seja algo aparentemente menor como mudar o sistema de cura, pode influenciar o tamanho final da peça.

Perda de Voláteis• A perda de voláteis é um outro aspecto do processo de cura (e

pós-cura) : os polímeros têm plastificantes ou curativos que se volatilizam a partir do material durante o processo de cura- uma vez expulsos , reduzem o volume do material e, por conseguinte, geram encolhimento da peça.

• A quantificação da diminuição da peça devido a este efeito, de certa forma pode ser controlada: como alguns plastificantes são mais voláteis do que outros, pode ser possível conceber uma mudança nas dimensões finais de uma peça sem que a cavidade do molde que a produz seja alterada; isto pode ser alcançado simplesmente com a alteração da formulação do composto de borracha.

Inserção de tecido• Quando tecidos ou fibras cortadas são introduzidas em um

composto de borracha para reforçá-lo, haverá:– menor encolhimento evidente ao longo da orientação das fibras, onde

elas estão alinhadas, e;– maior encolhimento evidente em todo o alinhamento, em que o

encolhimento no polímero puxa as fibras paralelas mais próximas. • Este pode ser um efeito difícil de prever e controlar, pois as

combinações de polímero e do tipo de fibra, e a trama / tecelagem de qualquer estrutura de tecido , têm uma influência significativa sobre o resultado, e os ensaios laboratoriais são muitas vezes as únicas maneiras para podermos prever o resultado final.

Inserção de tecido

• Este efeito é também um problema quando inserções sólidas são ligadas em um componente de borracha; a força da ligação restringirá a borracha ao lado do substrato ao qual esteja ligada. O coeficiente de expansividade linear da borracha em comparação com o substrato, irá ocasionar contração de zonas de borracha, não limitado por um substrato; compensar este efeito proporcionalmente pode ser bastante difícil.

Geometria

• A forma de uma peça pode influenciar o grau de encolhimento da borracha; peças longas e finas tendem a apresentar níveis muito mais elevados de encolhimento em relação ao que seria previsto a partir de formas mais sólidas; podem ser necessários ensaios iniciais para estabelecer a característica particular do produto. Uma vez feito isto, para determinadas peças do mesmo polímero com similares requisitos dimensionais, os projetos de moldes podem ser executados com confiança.

Processo• O método de fabricação de peças moldadas também

pode ser um problema. Em peças moldadas por compressão, pode ser observado encolhimento diferente entre o comprimento e a largura do material.

• Se necessário, este efeito pode ser atenuado com o uso de moldagem por transferência e por injeção; no entanto, para alguns artefatos grandes ou longos, a moldagem por compressão tradicional ainda é a forma mais adequada de fabricação dessas peças moldadas.

Conclusão• Como pôde ser visto, existem muitos fatores que influenciam

os resultados finais do encolhimento nos processos de fabricação de peças de borracha.

• Mesmo com anos de experiência e conhecimento técnico, pode ser difícil antecipar os resultados a partir de qualquer combinação de ferramentas ou novo material em particular.

• Existem fórmulas e orientações geradas a partir de vários projetos de investigação realizados ao longo dos anos, mas continua a ser uma área cinzenta; a melhor maneira de conseguir peças consistentemente confiáveis é a experiência prévia das condições do processo e desenho dos ferramentais.

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