Pré-vulcanização de Compostos de Borracha

Na análise que nos propomos efectuar, vamos admitir que os compostos de borracha em análise foram produzidos de forma totalmente correcta, isto é, sem erros grosseiros ou mesmo pequenos desvios na sua composição, misturados de acordo com as normas estabelecidas pelo fabricante e que, em consequência,  os seus parâmetros reométricos se encontram dentro dos limites estabelecidos e acordados entre as partes (Cliente e Fornecedor), seja estes, um Cliente Interno ou um Cliente Externo, e um Fornecedor Interno ou um Fornecedor Externo). Quando se trate de um Fornecedor Externo, deve ser  entendido que os parâmetros reométricos do composto de borracha, na data de entrega nas instalações do Cliente, devem encontrar-se dentro dos limites estabelecidos e acordados pelas partes, como veremos adiante.

Os compostos de borracha, quando prontos (também referidos como finalizados) e aptos a serem transformados e vulcanizados, possuem uma característica muito importante que determina, de certo modo, o seu tempo de vida (Life time), isto é, o período de tempo em que podem ser transformados sem qualquer dificuldade. Este tempo de vida é também muitas vezes designado por período de validade ou prazo de validade.

Este facto decorre do facto de, após o composto incluir na sua composição o seu sistema de vulcanização (constituído, como se sabe, por agentes de vulcanização, aceleradores de vulcanização e retardadores ou inibidores de vulcanização), se dar início à sua chamada história térmica (heat history).

Logo que completada a adição do sistema de vulcanização, o composto de borracha apresenta uma curva reométrica caracterizada, como também já sabemos, por alguns parâmetros, relativos a binários e a tempos, como sejam:

Mesmo quando mantido à temperatura ambiente (±25ºC) (ou temperaturas inferiores), o composto armazena energia calorífica, o que constitui um contributo para a sua história térmica e assim vai, progressivamente, caminhando para um estado progressivo de vulcanização, ainda que, inicialmente, muito incipiente, também conhecido como fase de indução. Isto significa que, ao fim de algum tempo, mais ou menos longo, o composto não mais será processável pelos habituais processos de transformação. Esta alteração depende, obviamente, do tipo de composto de borracha e, muito particularmente, do seu sistema de vulcanização. Os compostos vulcanizados com enxofre elementar como agente de vulcanização são muito sensíveis. Na Figura 1, mostra-se a evolução ocorrida, num período de 30 dias, no comportamento reológico de um composto de borracha vulcanizado com enxofre elementar e um sistema de aceleração.

Figura 1 – Curvas reométricas (borracha nova e borracha após 30 dias a 25ºC)

 

Podemos observar uma apreciável redução no tempo de pré-vulcanização t_s2 (cerca de 56%), originalmente com o valor de 1,35 minutos, para um valor bem mais reduzido de 0,60 minutos. Nestas condições, o processamento do composto, após 30 dias à temperatura ambiente, torna-se praticamente impossível.

O processo de vulcanização é relativamente complexo. Muitos autores referem que os principais factores são:

Todavia, não podemos esquecer que o tempo de vulcanização depende do tipo de composto de borracha e, particularmente, do seu sistema de vulcanização, como atrás referimos. É, sem dúvida alguma, um importante factor a considerar. Considero que a pressão será um factor menos relevante, sobretudo se atendermos  ao facto de que alguns processos de vulcanização são conduzidos sem pressão. A pressão é sim importante nos vários processos de moldagem (compressão, transferência ou injecção).

Um outro facto que mostra que a pressão é um factor apenas importante nalguns processos de vulcanização é o que acontece com os stocks de compostos de borracha na situação de armazenagem. Mantidos à pressão atmosférica,  o processo de vulcanização vai decorrendo, embora muito lentamente, à temperatura envolvente. A energia calorífica absorvida pelo composto vai-se acumulando, contribuindo para o crescimento da sua história térmica, como já referimos O processo de reticulação vai ocorrendo lentamente, traduzindo-se numa progressiva redução do tempo de pré-vulcanização e do tempo de vulcanização. E, sem nenhum processamento ter sido efectuado, o composto deixa de ser processável. E perde a sua validade para utilização.

Em todo este processo, existe uma outra característica do composto de borracha que exerce uma importante influência no processo de transferência de calor para a massa de borracha: a sua condutividade térmica. Característica nem sempre devidamente valorizada. Quanto maior for a condutividade térmica do composto de borracha, maior será a velocidade de propagação do calor para a massa de borracha e, particularmente, para o seu interior, o que sobretudo importante nos artefactos que possuam elevada espessura.

A análise deste problema torna-se ainda mais complicada porque o valor da condutividade térmica de um composto de borracha aumenta à medida que aumenta o grau de reticulação (Figura 2).

Figura 2 – Condutividade térmica em função do estado de vulcanização.

Fonte: Thermal Conductivity of Rubber Compounds Versus the State of Cure

 

Os valores da condutividade térmica dos compostos de borracha são relativamente baixos quando comparados com outros tipos de materiais, como se pode ver no Quadro 1.

 

Para aplicações em que se exija uma melhor condutividade térmica, os compostos de borracha são formulados de forma especial, podendo então obter-se valores da condutividade de 0,40 a 1,60 W/m.K. Na formulação destes compostos de borracha são utilizadas cargas especiais, normalmente metais em pó, óxidos metálicos, fibras de carbono e grafite.

Os compostos de borracha, sem quaisquer aditivos especiais para aumento da sua condutividade térmica, possuem valores da ordem de 0,18 a 0,24 W/m.K.

 

Gestão Técnica dos compostos de borracha e sua armazenagem

Os aspectos atrás referidos devem ser considerados na gestão técnica dos compostos produzidos na empresa ou adquiridos externamente. Após o processo de mistura, os compostos devem ser controlados reometricamente, para verificar se se encontram dentro dos limites especificados, tal com se mostra na Figura 3.

Figura 3 – Definição de parâmetros reométricos

 

São normalmente considerados os seguintes valores:

Se o fabricante de artefactos não produz os seus compostos de borracha e os adquire a outras empresas (fornecedor externo, designados, em língua inglesa, por Rubber Compounders), então deve exigir, nos contratos de fornecimento, que estes parâmetros sejam os observados no momento da entrega dos lotes na sua empresa. Isto porque, muitas vezes, os transportes são demorados e, por vezes também, não são efectuados nas melhores condições. Nestes casos o Fornecedor deve acautelar a qualidade do fornecimento utilizando, por exemplo, camiões com o compartimento de carga refrigerado. Mas são aspectos que devem ficar muito bem definidos nos Contratos de Fornecimento.

Para que os compostos de borracha não pré-vulcanizem antes da sua utilização, as empresas devem também possuir armazéns climatizados, mantendo os diferentes lotes de borracha a uma temperatura compreendida entre 15 e 25ºC. Temperaturas inferiores não são aconselháveis para compostos de Borracha natural (NR) ou de Borracha de Policloropreno (CR), visto que estas temperaturas favorecem indesejáveis fenómenos de cristalização.

 

NOTA: Chama-se a atenção para o facto das condições de armazenagem recomendadas para compostos de borracha (borracha não vulcanizada), nada terem a ver com as condições de armazenagem recomendadas para produtos de borracha (borracha vulcanizada). Dependendo do tipo de elastómero, a sua validade pode estender-se por períodos de 3 a 20 anos!