encolhimento compostos borracha
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ENCOLHIMENTO EM COMPOSTOS DE BORRACHA
Luis TormentoDezembro/2016
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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%.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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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