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Tecnologia da Borracha

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Page 1: Microsoft PowerPoint - Borracha

Tecnologia da Borracha

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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

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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

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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

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Elastômeros ou Borrachas

Tipos de Borrachas consumidas mundialmente

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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)

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Copolímero de estireno-co-butadieno

60 % do mercado (SBR) - alta resistência à abrasão, baixa resistência ao rasgo

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Poliisobutileno

Aplicações

Câmaras, balões e correias

excelente resistência àpermeação de gases,

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Polibutadieno

Excelente processabilidade, baixa histerese, baixa resistência à tração

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Policloropreno (Neopreno)

Utilizado basicamente em aplicações como mangueiras. Recobrimentos.

Apresenta elevada resistência química e baixa flamabilidade.

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Copolímero aleatório Acrilonitrila-butadieno

Copolímero com elevada resistência à solventes

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Elastômero Termoplástico

Copolímero de Estireno-Butadieno-Estireno (SBS)

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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

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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

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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.

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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,

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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

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Plastímetro de MooneyMede-se o torque para se girar um disco na presença

da borracha durante a vulcanização

T90 = Tmin + (Tmáx -Tmin.)x90

100

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Curômetro Moosanto

Avalia a rigidez em função do tempo

através de um disco oscilatório que mede a plasticidade do material

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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

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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

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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

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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.

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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

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Resistência à tração de borrachas reforçadas e não reforçadas com NF

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Processamento da borracha

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Misturador Banbury

pistão

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Misturador de Rolo

Page 32: Microsoft PowerPoint - Borracha

Pré-conformação

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Calandragem

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Moldagem por compressão (reação de cura)

aquecedores

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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

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Componentes do Pneu

Cinturões

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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.

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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

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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

Page 41: Microsoft PowerPoint - Borracha

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

Page 42: Microsoft PowerPoint - Borracha

Fabricação de pneus

1 - Etapa: preparação da mistura elastomérica

2 - Extrusão da banda de rodagem

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3 - Construção das Lonas

4 - Construção dos talões

Page 44: Microsoft PowerPoint - Borracha

5 - Construção dos pneus

6 - Processo de Vulcanização