Rolos

Dimensões e tipos

Os rolos são construídos em aço. As suas dimensões variam, de fabricante para fabricante, com o tipo de calandra e com a sua utilização. Existem dois tipos básicos de construção dos rolos (Figura 5):

Figura 5 – Tipo de arrefecimento dos rolos de calandras

O tipo mais moderno é, claramente, mais eficiente no controlo da temperatura, já que a distância entre os canais periféricos e a superfície do rolo é menor, realizando-se mais rapidamente a transferência de calor.

Nas calandras mais antigas o controlo da temperatura é efectuado por regulação manual das válvulas de entrada de vapor de água ou de água, sendo a temperatura dos rolos medida com o auxílio de um pirómetro de contacto. Contudo, variações de temperatura de ± 5ºC podem ser esperadas, isto em variações no decurso da operação ou mesmo em diferentes pontos dos rolos, pelo que a optimização das condições operacionais se torna um tanto difícil.

Nas calandras mais modernas existem sistemas de controlo da temperatura dos rolos bem mais eficazes, que permitem obter variações de ± 1ºC, possibilitando assim o estabelecimento de condições operacionais ajustadas de forma mais eficiente, tendo em conta o tipo de operação realizada e o composto de borracha utilizado.

Curvatura dos rolos

Se os rolos das calandras fossem rigorosamente cilíndricos, o que aconteceria é que o volume de borracha colocado entre eles provocaria a sua deformação, tal como se mostra de forma esquemática e exagerada na Figura 6.

Figura 6 – Deformação dos rolos da calandra (esquemático)

A força que tende a separar os rolos da calandra é função do tipo de composto a calandrar e em especial da sua viscosidade, da distância entre os rolos e do diâmetro destes. Essa força pode variar entre 2 e 10 kN/cm. Na Figura 7 é mostrada a variação dessa força, para dois diâmetros dos rolos e para diferentes afastamentos entre eles.

Figura 7 – Forças de separação entre os rolos da calandra

Para contornar o problema da deformação causada pela passagem da borracha entre os rolos da calandra, são introduzidas alterações de natureza construtiva, conferindo aos rolos uma dada curvatura (positiva ou negativa), de forma a compensar o efeito observado. Claro que o grau de curvatura a conferir aos rolos não é uma tarefa fácil de realizar, já que depende:

Face aos dados construtivos da calandra, os fabricantes determinam, teoricamente e para um composto considerado típico e, numa primeira aproximação, a curvatura a aplicar. Obviamente são efectuadas posteriormente as necessárias correcções, em resultado de observações obtidas experimentalmente (métodos de tentativa e erro), de forma a possibilitarem a obtenção de materiais calandrados com a sua espessura devidamente controlada e bem uniforme em toda a largura. Na Figura 8 são mostrados alguns tipos de soluções construtivas para calandras de 3 e de 4 rolos.

Figura 8 – Algumas soluções construtivas com rolos encurvados

Claro que a complexidade é tanto maior quanto maior for o número de rolos da calandra e a sua disposição relativa. Assim sendo, e porque muitas vezes os compostos diferem substancialmente do composto considerado típico, foram criadas soluções de natureza mecânica para a problema, com sistemas que são fornecidos com a calandra, competindo ao seu utilizador a sua correcta regulação, com o recurso a:

De acordo com esta técnica (Figura 9), é aplicada uma pressão hidráulica, num plano vertical (para cima ou para baixo, conforme a flexão pretendida), nas extremidades dos rolos (as suas espigas), pressão maior ou menor e que é função da curvatura pretendida.

Figura 9 – Flexão dos rolos (roll bending)

O deseixamento (Figura 10) consiste no desalinhamento dos eixos dos rolos da calandra. Este desalinhamento é realizado num plano horizontal e é inferior a 2º. Isto permite que uma maior quantidade de borracha possa passar pelas faixas externas dos rolos, reduzindo a flexão central.

 

Figura 10 – Deseixamento dos rolos da calandra (esquemático)

Muitos construtores de calandras apresentam os seus equipamentos dispondo destes dois sistemas de correcção. Pode-se afirmar que os dois sistemas não conduzem exactamente aos mesmos resultados, mas de certo modo podem ser considerados complementares.

Os dois sistemas apresentam vantagens e desvantagens, como seria de esperar. No caso da flexão dos rolos, a pressão hidráulica em causa é muito elevada. Para um rolo com as dimensões ø600×1700 mm é necessária uma força de 30 Ton para provocar no rolo uma flexão de 0,1 mm. Portanto, são solicitações que a estrutura da máquina terá de suportar. Este sistema apresenta as seguintes vantagens:

Como desvantagens, podem ser referidas as seguintes:

O sistema de deseixamento apresenta as seguintes vantagens:

As desvantagens deste método são bem mais numerosas, mas exigem obviamente uma cuidada ponderação:

Espessura do material calandrado

A espessura do material calandra é obtida por ajuste adequado das distâncias entre os rolos da calandra. Este ajustamento pode ser efectuado manualmente, mediante um sistema de parafuso que provoca a aproximação ou afastamento dos rolos. Noutros tipos de calandras esse ajustamento é efectuado por sistemas motorizados, mas baseados também na movimentação de sistemas de parafuso.

Uma análise detalhada do fluxo de borracha entre os rolos da calandra é muito complexa. Contudo, a consideração de que a borracha se comporta como um fluido Newtoniano e de alguns pressupostos, diga-se, não rigorosamente observados, como, por exemplo, que o fluxo é laminar e estacionário, é isotérmico, o fluido é incompressível e não sofre deslizamento no seu contacto com os rolos, conduz a resultados cuja aproximação satisfaz razoavelmente o objectivo do estudo. A espessura do material calandrado, à saída dos rolos, sofre uma ligeira expansão, como se verifica na Figura 11, onde também é mostrado o perfil de pressões entre o ponto de contacto do banco de borracha com os rolos da calandra e o ponto em que esse contacto se desfaz. Essa expansão varia, principalmente, com as características reométricas do composto de borracha e com a temperatura, diâmetro e velocidade dos rolos da calandra e são factores a ter em conta, embora o que efectivamente se controla no processo é a espessura do material calandrado.

Figura 11 – Fluxo de borracha entre os rolos da calandra

Por outro lado, a borracha calandrada apresenta também uma tendência a contrair, o que acontece em maior ou menor grau, e que é função da sua composição e viscosidade. O nervo da borracha utilizada é um dos factores mais importantes; compostos com base em borracha natural e alguns tipos de policloropreno apresentam muitas vezes grandes dificuldades na obtenção de calandrados com boa qualidade superficial e dimensional. Alguns tipos de cargas com partículas do tipo lamelar (caulinos e talcos, por exemplo) possibilitam boas calandragens, mas introduzem um anisotropismo nas propriedades dos calandrados, que se tornam evidentes nas propriedades finais dos artefactos vulcanizados. Alguns tipos de aditivos conferem também um aumento da estabilidade dimensional (recordo, a título de exemplo, o caso dos factices).

Quando o accionamento é efectuado por sistemas de rodas dentadas, a calandragem de espessuras muito elevadas é limitado a um determinado valor máximo (normalmente indicado pelo fabricante da calandra nas instruções de operação), isto para evitar que os dentes das engrenagens sofram solicitações mecânicas exageradas que conduzem ao seu dano ou mesmo destruição. Espessuras máximas de 10, 20 ou 25 mm são referidas em vária documentação técnica.

As espessuras de calandrados com excelente nível de qualidade não são, geralmente, superiores a 2 mm. Espessuras superiores, quando necessárias, devem ser obtidas por sobreposição de camadas.