Contracção da Borracha

Como foi dito e acontece com todos os materiais, a borracha dilata por elevações de temperatura, aumentando as suas dimensões lineares, superficiais e o seu volume. Quando a temperatura diminui, a borracha contrai, diminuindo as suas dimensões lineares, de superfície e de volume. Dissemos também que o coeficiente de dilatação térmica de uma borracha depende, fundamentalmente, da sua composição.

Um determinado componente de borracha obedece, por regra, a uma especificação que define os seus mais variados aspectos, tais como:

Portanto, o cliente pretende receber um componente que satisfaça os seus variados requisitos, nomeadamente os de forma e dimensões. Como o artefacto vai ser produzido por um determinado processo (muito frequentemente, por moldagem por compressão, transferência ou injecção), devem ser devidamente ponderados os seguintes aspectos:

Quer dizer: nós vamos moldar o artefacto numa cavidade que está dilatada, por efeito da temperatura a que está o molde e essa dilatação será tanto maior quanto mais elevada for a temperatura de vulcanização. Essa dilatação é, por outro lado, dependente das características térmicas do aço – se o molde for construído em aço – (o coeficiente de dilatação térmica do aço varia, obviamente, com o tipo de aço). Depois da vulcanização o artefacto é removido do molde e arrefece, de determinada maneira, até à temperatura ambiente. E ocorre uma contracção, que vai levar a que o artefacto apresente determinadas dimensões e forma final. E em todo este processo pode ainda acontecer existir algum anisotropismo das propriedades térmicas, quer da borracha quer do material do molde. Mas a forma e as dimensões finais do artefacto  têm de estar de acordo com os desenhos e com as diversas cotas e respectivas tolerâncias; por outro lado, as diversas propriedades devem satisfazer os requisitos especificados.

Para que tudo isto aconteça, devem ser conhecidos, com rigor, determinados parâmetros, que são:

Muitas vezes, na prática, estas precauções são descuradas e atribui-se um valor genérico de 2,0 a 2,5% de contracção à borracha e o que diz respeito ao molde, tipo de aço e suas características térmicas fica à responsabilidade do construtor do molde. E se as coisas nem sempre correm mal, isso deve-se talvez ao facto de não se tratar de artefactos em que seja exigido um elevado grau de precisão dimensional. Em artefactos de maiores dimensões estes aspectos são, por vezes, mais críticos, pois as variações de dimensões podem tomar valores de ordem de alguns milímetros.

Vamos verificar, com um exemplo prático, a variação de dimensões de uma peça de borracha EPDM, vulcanizada a 190ºC.

Dados do problema:

Molde: vamos considerar no molde, por exemplo, uma qualquer dimensão de 2 cm à temperatura ambiente. À temperatura de vulcanização, aquela dimensão será de:

L_{molde 190} = 2 + 2 x [12.10^-6 x (190-25)] = 2+ 0,004 = 2,004 cm (20,04mm)

À temperatura de vulcanização, aquela cota de 20,04 mm será a dimensão da peça. Esta dimensão na peça, quando ela arrefece de 190ºC até 25ºC, será:

L_{peça 25C} = 2,004 – 2,004 x [225.10^-6 x (190 – 25)]
= 2,004 – 0,074
=1,93 cm (19,30 mm)

A percentagem de contracção da borracha é de:

0,074 x 100 / 2,004 = 3,96%

Este valor é bem diferente dos 2,0 – 2,5% que são considerados como regra geral…

Portanto, à temperatura ambiente a peça terá, naquela cota, 19,30 mm, dimensão que difere 0,7 mm da dimensão nominal de 20 mm. Vamos admitir que se trata de uma dimensão fixa do molde, portanto independente de um melhor ou pior fecho do molde, isto é, independente da espessura da rebarba. De acordo com a norma ISO 3302-1:1996, esta dimensão está fora da tolerância para as classes:

Somente satisfará a classe M4, para produtos moldados não críticos; neste caso a tolerância é de ±1,0 mm.

Não devemos esquecer que algumas cotas de um determinado artefacto são consideradas críticas. Será relativamente a estas cotas e suas tolerâncias que a nossa atenção se deve concentrar. Se estas cotas estiverem bem, é quase certo que as cotas menos críticas devem estar bem, salvo se existirem erros construtivos grosseiros.

Já dissemos que o coeficiente de dilatação térmica é dependente da composição da borracha e, sobretudo, da qualidade e da quantidade de cargas presentes. Dissemos também que a maiores volumes de cargas correspondem coeficientes de expansão térmica mais baixos.

Dissemos ainda que o coeficiente de dilatação térmica linear da borracha é mais de dez vezes maior do que o do aço – portanto da ordem de 120×10^-6 cm/cm/C; para composições do tipo ”pura goma” (composições constituídas pelo elastómero e apenas os ingredientes necessários à sua vulcanização – portanto sem qualquer tipo de cargas, plastificantes e outros aditivos), podem ser da ordem dos 200×10^-6 cm/cm/C; para as composições de ebonite podem ser da ordem de 50×10^-6 cm/cm/C. Como a dureza da borracha está relacionada, de certa forma, com o nível de cargas (a maior nível de cargas corresponde maior dureza), isto significa que, para borrachas de dureza mais baixa, devam ser tomados maiores cuidados no que se refere a contracção.

A contracção da borracha pode ser determinada no laboratório, de acordo com ensaios normalizados (Veja-se Anexo A):

Podem ser determinados diâmetros, comprimentos e espessuras e calculados os valores de contracção em função das dimensões do molde à temperatura ambiente. Na Figura 36 mostramos o tipo de equipamento utilizado para determinar a contracção térmica dos materiais (Por cortesia da empresa S. C. Dey & CO., Índia).

Fig. 36 – Equipamento para determinação
da contracção térmica dos materiais.
Cortesia da empresa S. C. Dey & Co., Índia.

Os valores da contracção apresentam, em geral, diferenças com a orientação molecular provocada pelos processos de transformação. Assim, em resultado do alinhamento molecular criado, por exemplo, num processo de calandragem ou de extrusão, as diversas propriedades do vulcanizado são melhores nesta direcção do que as obtidas a 90º. Num processo de injecção, as linhas de fluxo de material são bem mais complexas, sendo função da geometria da peça a obter, do número e localização de canais de enchimento e da viscosidade do composto.

Em princípio, se não for possível realizar ensaios para determinação da contracção em molde de acordo com uma das normas indicadas, será recomendado vulcanizar provetes com a borracha a utilizar, num molde com uma cavidade cilíndrica e/ou uma cavidade paralelipipédica, à temperatura que for utilizada na produção, para se obter um valor de contracção bem mais correcto do que a simples consideração de um valor “à volta de 2,0 –2,5%”.