Compostos de Borracha

Composto de borracha natural, sem carga

Ingredientes	PHR	Densidade	Volume
Borracha Natural RSS1	100	0,92	108,70
Auxiliar de processo	2	0,90	2,22
Óxido de zinco selo verde	5	5,65	0,88
Ácido esteárico	2	0,92	2,17
Vulkazon AFS/LG	1	1,06	1,00
Enxofre	2,75	2,07	1,33
Acelerador MBTS	1	1,34	0,75
Acelerador TMTD	0,1	1,40	0,07
Total	113,85	–	117,12

 

Propriedades:

 

Vulcanização: 10 min. @ 150ºC
Propriedade	Especificado	Determinado
Densidade	0,973 (teórico)	0,974
Dureza Shore A:	40±3	39
Tensão de rotura, MPa, mínimo	20	24
Alongamento na rotura, %, mín.	600	750

 

Apreciação geral do composto

Trata-se de um composto do tipo goma pura (em inglês pure gum). Um composto deste tipo contém, praticamente, apenas o elastómero (neste caso a borracha natural) e os ingredientes necessários para vulcanizar e que são:

Neste composto podemos verificar que existe ainda:

As propriedades indicadas são normais para este tipo de compostos: tensão e alongamento na rotura relativamente elevados. Este tipo de compostos caracteriza-se também por uma alta resiliência, excelente resistência ao rasgo e à abrasão. Assim sendo, é um composto adequado para a produção de artefactos com elevados requisitos de elasticidade e resistência à abrasão.

 

Análise detalhada do composto

Elastómero: Borracha natural RSS1

Este tipo de borracha natural (RSS1 – Ribbed Smoked Sheets, grade 1) é muito adequado para este tipo de composto. Borracha de elevada pureza e com bastante nervo, proporcionando vulcanizados com excelentes propriedades elásticas e tribológicas.

 

Auxiliar de processo

Um auxiliar de processo adequado para este composto contém, geralmente, álcoois gordos e ésteres de ácidos gordos. São adequados para NR, além de outros tipos de elastómeros. Têm uma densidade que ronda 0,90. Os níveis de dosagem recomendados para borracha natural oscilam entre 2 e 5 PHR. Como o composto possui apenas 2 PHR – a dosagem mínima recomendada, tal facto visará não enfraquecer as propriedades elásticas do vulcanizado.

 

Sistema de activação

Óxido de zinco e ácido esteárico

Estas duas matérias-primas constituem o clássico sistema de activação para vulcanizações com enxofre. A quantidade de óxido de zinco recomendada varia entre 3 e 5 PHR; no presente caso a dosagem utilizada é a máxima.

O ácido esteárico reage com o óxido de zinco e com o acelerador, de que resulta a formação de um complexo activo (ver esta página). A dosagem de ácido esteárico varia entre 1 e 2 PHR, sendo neste composto utilizada a dosagem máxima de 2 PHR, já que também é utilizada a dosagem máxima recomendada de óxido de zinco.

Os níveis máximos de dosagem desta combinação ZnO/AE visam proporcionar um maior nível de activação, para obtenção de um maior nível de reticulação e, em consequência, melhores propriedades elásticas.

 

Sistema de protecção

Constituído unicamente por um antiozonante, que pertence à família dos acetais cíclicos não saturados. É não manchante. A dosagem recomendada varia entre 0,5 e 2 PHR. Como os agentes antiozonantes são matérias-primas de custo relativamente elevado, a dosagem a utilizar deve ser bem ajustada ao efeito protector que se pretende obter, entrando em linha de conta com o custo do produto final e também com os requisitos da sua especificação, com a criticidade do serviço a desempenhar, durabilidade pretendida e, numa palavra, a satisfação do cliente. No caso presente é utilizada uma dose moderada (1 PHR).

 

Sistema de vulcanização

Agente de vulcanização: Enxofre

A relação entre a dosagem de enxofre e de aceleradores é de 2,5, o que classifica o sistema de vulcanização utilizado como um sistema convencional (ver esta página). Este tipo de sistema é gerador de um elevado grau de reticulação, em que predominam ligações polissulfídicas e uma elevada concentração de sulfuretos cíclicos e de modificações não sulfídicas. Os níveis de dosagem recomendados para borracha natural situam-se entre 1,75 e 2,75; neste composto é utilizado o nível máximo.

 

Aceleradores de Vulcanização

Acelerante MBTS + Acelerante TMTD

O acelerador MBTS é um acelerador do tipo tiazol; proporciona uma vulcanização rápida, com uma segurança à pré-vulcanização moderadamente alta. Quando associado ao acelerador TMTD, um acelerador do tipo tiurame, são recomendadas dosagens de 0,7 a 1,0 PHR. A dosagem recomendada do acelerador secundário TMTD é de 0,1 a 0,6 PHR. Neste composto é utilizada a dose máxima de acelerador primário e a dose mínima de acelerador secundário, o que confere uma maior segurança de processamento. O sistema de vulcanização apresenta um aspecto negativo: o acelerador TMTD é gerador de nitrosaminas. Este acelerador secundário tem vindo a ser substituído por um outro tiurame, que não dá origem a nitrosaminas: TBzTD. Portanto, uma substituição a ponderar.

 

A dosagem de aceleradores – e sobretudo a do acelerador ou aceleradores secundários deve ser sempre ajustada às exigências do ciclo produtivo. Um ciclo produtivo é muito exigente para o composto de borracha quando é constituído por um grande número de operações de transformação e, sobretudo, quando estas são operações que dão origem a velocidades de corte (shear rate) muito elevadas, como acontece nos processos de extrusão e de injecção (ver nesta página). O sistema de vulcanização deve proporcionar um tempo de segurança adequado ao desenvolvimento de todo o processo produtivo e, por outro lado, uma vulcanização tão rápida quanto possível.

 

 

Compostos de borracha natural, com carga de negro de carbono, para aplicações de uso geral em Engenharia 

Ingredientes	PHR	PHR	PHR	Densidade
Composto	A	B	C
Borracha Natural SMR CV50	100	100	100	0,92
Auxiliar de processo	5	5	5	0,90
Óxido de zinco	5	5	5	5,65
Ácido esteárico	2	2	2	0,92
Antioxidante tipo Fenilamina	1	1	1	1,09
Negro de Carbono N-550	25	50	75	1,80
Enxofre	2,5	2,5	2,5	2,07
Acelerador MBTS	1	1	1	1,34
Acelerador TMTD	0,1	0,1	0,1	1,40
Peso total (P)	141,6	166,6	191,6
Volume total (V)	134,1	148,0	161,9
Ingredientes em % de V	19,0	26,6	32,9
Elastómero em % de V	81,0	73,4	67,1
Propriedades
Densidade teórica = P/V	1,056	1,125	1,183
Vulcanização: 20 min.@ 150ºC
Dureza Shore A	51	62	72
Módulo a 300%, MPa	7	9	11
Tensão de rotura, MPa	22	24	25
Alongamento na rotura, %	700	600	550

 

Apreciação geral dos compostos

Trata-se de compostos clássicos, em borracha natural e de cor preta, com classes de dureza bem definidas e com boas propriedades elásticas, para utilização geral em artefactos de Engenharia. Possuem sistemas de vulcanização do tipo convencional, à base de enxofre.

 

Análise detalhada dos compostos

Elastómero

Borracha natural SMR CV50

Este tipo de borracha natural (SMR CV50 – Standard Malaysian Rubber, Constant Viscosity 50 − ver nesta página) é um tipo de borracha natural tecnicamente especificado, muito adequado para este tipo de composto. Borracha de elevada pureza e com viscosidade controlada de 50±5 unidades Mooney ML(1+4)@100ºC, que proporciona vulcanizados com excelentes propriedades.

 

Auxiliar de processo

Um auxiliar de processo adequado para este composto contém, geralmente, álcoois gordos e ésteres de ácidos gordos. São adequados para NR e outros tipos de elastómeros. Têm uma densidade que ronda 0,90. Os níveis de dosagem recomendados para borracha natural oscilam entre 2 e 5 PHR. Como o composto possui 5 PHR – a dosagem máxima recomendada; tal facto visará facilitar a incorporação e dispersão da carga de negro de carbono, sobretudo nos compostos com maior nível de carga.

 

Sistema de activação

Óxido de zinco e ácido esteárico

Estas duas matérias-primas constituem o clássico sistema de activação para vulcanizações com enxofre. A quantidade de óxido de zinco recomendada varia entre 3 e 5 PHR; no presente caso a dosagem utilizada é a máxima.

O ácido esteárico reage com o óxido de zinco e com o acelerador, de que resulta a formação de um complexo activo (ver esta página). A dosagem de ácido esteárico varia entre 1 e 2 PHR, sendo neste composto utilizada a dosagem máxima de 2 PHR, já que também é utilizada a dosagem máxima recomendada de óxido de zinco.

 

Carga Reforçante

Negro de carbono N550 – FEF

O negro de carbono do tipo N550 – FEF (Fast Extrusion Furnace), proporciona um bom processamento dos compostos de borracha, sobretudo em processos de calandragem e de extrusão. É um tipo de negro de carbono medianamente reforçante (ver esta página).

Comprovação da dureza

De acordo com o Quadro 7 mostrada na página Selecção e Dosagem de Ingredientes, são necessárias 24 partes de negro de carbono do tipo N550 para aumentar de 10 pontos a dureza de um composto de borracha natural, o qual possui uma dureza base de 41 unidades Shore A. Como os compostos possuem, respectivamente 25, 50 e 75 partes de negro de carbono N550 por 100 partes de elastómero, é expectável obter as seguintes durezas:

Propriedade	Composto
	A	B	C
Dureza base (Shore A)	41	41	41
Partes de Negro de Carbono N550	25	50	75
Aumento de dureza	25×10/24=10,4	50×10/24=20,8	75×10/24=31,3
Dureza esperada (Shore A)	41+10,4 = 51,4	41+20,8=61,8	41+31,3=72,3
Dureza medida (Shore A)	51	62	72

Pode ser observada uma excelente consistência entre os valores esperados de dureza e os valores efectivamente medidos.

 

Sistema de protecção

Antioxidante do tipo fenilamina

O antioxidante considerado é um derivado da difenilamina; é uma substância líquida, com a cor entre o laranja e o acastanhado. As dosagens recomendadas variam entre 1 e 4 PHR, sendo a dosagem máxima recomendada para vulcanizados com uma boa resistência ao envelhecimento pela acção do calor. A dosagem utilizada de 1 PHR proporciona uma protecção muito moderada.

 

Sistema de vulcanização

Agente de vulcanização: Enxofre

A relação entre a dosagem de enxofre e de aceleradores é de 2,27, o que classifica o sistema de vulcanização utilizado como um sistema convencional (ver esta página). Este tipo de sistema é gerador de um elevado grau de reticulação, em que predominam ligações polissulfídicas e uma elevada concentração de sulfuretos cíclicos e de modificações não sulfídicas. Os níveis de dosagem recomendados para borracha natural situam-se entre 1,75 e 2,75; neste composto são utilizadas 2,5 partes, valor que se situa próximo do nível máximo.

 

Aceleradores de Vulcanização

Acelerante MBTS + Acelerante TMTD

O acelerador MBTS é um acelerador do tipo tiazol; proporciona uma vulcanização rápida, com uma segurança à pré-vulcanização moderadamente alta. Quando associado ao acelerador TMTD, um acelerador do tipo tiurame, são recomendadas dosagens de 0,7 a 1,0 PHR. A dosagem recomendada do acelerador secundário TMTD é de 0,1 a 0,6 PHR. Neste composto é utilizada a dose máxima de acelerador primário e a dose mínima de acelerador secundário, o que confere uma maior segurança de processamento, o que é desejável em compostos com carga de negro de carbono. O sistema de vulcanização apresenta um aspecto negativo: o acelerador TMTD é gerador de nitrosaminas. Este acelerador secundário tem vindo a ser substituído por um outro tiurame, que não dá origem a nitrosaminas: TBzTD. Portanto, uma substituição a ponderar.

Como também já foi referido noutros compostos, a dosagem de aceleradores – e sobretudo a do acelerador ou aceleradores secundários deve ser sempre ajustada às exigências do processo. O sistema de vulcanização deve proporcionar um tempo de segurança adequado ao desenvolvimento de todo o processo produtivo e, por outro lado, uma vulcanização tão rápida quanto possível.