UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA LUCAS AMORIM ESTUDO DE COMPOSTOS A BASE DE BORRACHA DE SILICONE UTILIZANDO O

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

LUCAS AMORIM

ESTUDO DE COMPOSTOS A BASE DE BORRACHA DE SILICONE UTILIZANDO O RESÍDUO PROVENIENTE DA SÍNTESE DO ELASTÔMERO

FLORIANÓPOLIS 2006

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

ESTUDO DE COMPOSTOS A BASE DE BORRACHA DE SILICONE UTILIZANDO O RESÍDUO PROVENIENTE DA SÍNTESE DO ELASTÔMERO

FLORIANÓPOLIS 2006

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

ESTUDO DE COMPOSTOS A BASE DE BORRACHA DE SILICONE UTILIZANDO O RESÍDUO PROVENIENTE DA SÍNTESE DO ELASTÔMERO

Trabalho de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina como parte dos requisitos para obtenção do título de Engenheiro de Materiais.

Orientador: Prof. Dr. Eng.

FLORIANÓPOLIS 2006

ESTUDO DE COMPOSTOS A BASE DE BORRACHA DE SILICONE UTILIZANDO O RESÍDUO PROVENIENTE DA SÍNTESE DO ELASTÔMERO

Este trabalho de graduação foi julgado adequado para obtenção do título de Engenheiro de Materiais e aprovado em sua forma final pelo Curso de Graduação em Engenharia

de Materiais da Universidade Federal de Santa Catarina.

_________________________________ Prof. Dylton do Vale Pereira Filho, M. Sc. Coordenador

Banca Examinadora:

_________________________________ Prof. Guilherme M. de O. Barra, Dr. Eng. Orientador

_________________________________ Fernando Humel Lafratta, Dr. Eng.

FICHA CATALOGRÁFICA

Estudo de Compostos a Base de Borracha de Silicone Utilizando o Resíduo da Síntese do Elastômero / Lucas Amorim. – 2006.

61 f. : il. color. ; 2,6 cm.

Orientador: Guilherme M. de O. Barra

Trabalho de conclusão de curso (graduação) – Universidade Federal de Santa Catarina – Curso de Engenharia de Materiais, 2006.

1. Silicone. 2. Borrachas. 3. Propriedades. I. Barra, Guilherme M. de O.. II. Universidade Federal de Santa Catarina – Curso de Engenharia de Materiais. III. Estudo de Compostos a Base de Borracha de Silicone Utilizando o Resíduo da

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a meus pais, Waldemar Amorim e Rita Miriam da S. P. Amorim, e a meu irmão Felipe Amorim, por acreditarem em meus objetivos, apoiando-me e esforçando-se junto a mim, para que eu alcançasse todos eles.

A meu tio Waldemiro Carvalho Neto, por todo incentivo e ajuda cedidos durante o transcorrer do curso.

Ao professor Guilherme M. O. Barra pelo grande empenho na orientação deste trabalho.

Aos professores do curso de graduação em Engenharia de Materiais.

A Indústria de Artefatos de Borracha Wolf Ltda., e todos os seus colaboradores, em especial aos senhores Amauri Pontes, José Valdecir Severnini, Luís Carlos Carstens, Jair Sperandio, Marcos Mario Wasch e Rodrigo Guis da Fonseca e as senhoras Janete Tibursky, Jucélia Eckert e Simone Stortz.

Aos quatro grandes companheiros que tanto me auxiliaram durante essa longa caminhada, Bruno Victor do Santos, Jeferson Luís Menegasso, Tiago G. Caetano da Silva e Paulo Sérgio de Souza.

“se nem for terra se transformar” Paulo Leminski

RESUMO

Neste trabalho foi investigada a possibilidade de utilização de resíduos provenientes das sínteses de borrachas de silicone como matéria prima para preparação de compostos elastoméricos para a Indústria de Artefatos de Borracha Wolf Ltda. Avaliou-se o efeito da adição de quartzo nas propriedades mecânicas e resistência ao envelhecimento dos compostos produzidos, objetivando determinar ao final as alternativas que melhor relacionassem propriedades (dureza, resistência à tração, alongamento, resistência ao rasgo, resistência ao envelhecimento, DPC (deformação permanente à compressão) e as propriedades reométricas) e custo do produto. As propriedades mecânicas das formulações desenvolvidas foram comparadas com compostos padrões produzidos na linha de produção da empresa. A partir dos resultados obtidos, verificou-se que é possível obter compostos a base de resíduos de elastômero de silicone com quartzo micronizado proporcionando uma excelente relação custo/propriedades.

ABSTRACT

This work investigate the use of residues, remaining after the synthesis of silicone rubber, as raw material for elastomeric composite preparation for the Indústria de Artefatos de Borracha Wolf Ltda. The effect of the quartz addition in the mechanical properties and resistance to the aging of produced composites was also evaluated, to determine alternatives with better cost/properties relation. The mechanical properties and the resistance to the aging of the developed formularizations were compared with standards composites normally produced by the company. Based on these results, it was verified that it is able to obtain composities with a good cost/properties relation, based on silicone synthesis residues with quartz filler.

SUMÁRIO

4.2.2 Confecção dos Corpos de Prova... 31 4.3 Caracterização... 33 4.3.1 Ensaio Reométrico... 33 4.3.2 Ensaio de Dureza... 34 4.3.3 Ensaio de Tração... 35 4.3.4 Ensaio de Rasgo... 36

4.3.5 Ensaio de Envelhecimento Acelerado em Estufa... 37

4.3.6 Ensaio de Deformação Permanente à Compressão (DPC)... 37

5 RESULTADOS EXPERIMENTAIS E ANÁLISES... 40

5.1 Resultados dos Ensaios Mecânicos nos Compostos para Processamento através de Moldagem por Compressão, Transferência ou Injeção... 41

5.1.1 Dureza... 41

5.1.2 Tensão de Ruptura... 42

5.1.3 Alongamento... 44

5.1.4 Tensão de rasgo... 45

5.1.5 Deformação Permanente à Compressão... 46

5.2 Resultados dos Ensaios Mecânicos nos Compostos para Processamento por Extrusão (TVC)... 47

5.2.1 Dureza... 47

5.2.2 Tensão de Ruptura... 49

5.2.3 Alongamento... 50

5.2.4 Tensão de Rasgo... 51

5.2.5 Deformação Permanente à Compressão... 52

5.4 Análise de Custo... 55

6 CONCLUSÕES... 57

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS... 58

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 59

ANEXO A – CUSTO DAS MATÉRIAS-PRIMAS... 61

LISTA DE ILUSTRACÕES

Figura 01 - Esquema de produção das borrachas... 19

Quadro 01 - Principais elastômeros industriais e respectivas nomenclaturas... 19

Figura 02 - Curva reométrica típica... 25

Figura 03 - Unidade estrutural geral de repetição de um polímero de silicone... 27

Quadro 02 - Composição das diferentes formulações para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção... 30

Quadro 03 - Composição das diferentes formulações para processamento por extrusão (TVC).. 31

Figura 04 - Placa pós-curada para a obtenção dos corpos de prova de dureza, tração, envelhecimento e rasgo segundo ASTM... 32

Figura 05 - Corpos de prova para os ensaios de tração (1), envelhecimento (1), rasgo (2) e DPC (3)... 33

Figura 06 - Foto do reômetro utilizado nos ensaios reométricos... 34

Figura 07 - Foto do dinamômetro utilizado nos ensaios de tração... 36

Figura 08 - Dispositivo utilizado para o ensaio de deformação permanente à compressão... 38

Quadro 04 - Propriedades e especificações dos compostos padrões processados através de

moldagem por transferência e extrusão (TVC) antes do envelhecimento... 40

Gráfico 01 - Resultados obtidos nos ensaios de dureza dos compostos para processamento

através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (antes e após o

envelhecimento)... 42

Gráfico 02 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (tensão de ruptura) dos compostos para

processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (antes e após o envelhecimento)... 43

Gráfico 03 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (alongamento) dos compostos para

processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (antes e após o envelhecimento)... 45

Gráfico 04 - Resultados obtidos nos ensaios de rasgo dos compostos para processamento

através de moldagem por compressão, transferência ou injeção... 46

Gráfico 05 - Resultados obtidos nos ensaios de DPC dos compostos para processamento

através de moldagem por compressão, transferência ou injeção... 47

Gráfico 06 - Resultados obtidos nos ensaios de dureza dos compostos para processamento

por extrusão (TVC) (antes e após o envelhecimento)... 48

Gráfico 07 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (tensão de ruptura) dos compostos para

processamento por extrusão (TVC) (antes e após o envelhecimento)... 49

Gráfico 08 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (alongamento) dos compostos para

processamento por extrusão (TVC) (antes e após o envelhecimento)... 51

Gráfico 09 - Resultados obtidos nos ensaios rasgo dos compostos para processamento por

extrusão (TVC)... 52

Gráfico 10 - Resultados obtidos nos ensaios de DPC dos compostos para processamento por

Tabela 02 - Parâmetros obtidos nos ensaios reométricos dos compostos para processamento

através de moldagem por compressão, transferência ou injeção... 54

Tabela 03 - Parâmetros obtidos nos ensaios reométricos dos compostos para processamento

por extrusão (TVC)... 54

Tabela 04 - Custo dos compostos para processamento através de moldagem por compressão,

transferência ou injeção... 56

Tabela 05 - Custo dos compostos para processamento por extrusão (TVC)... 56 Quadro 05 - Custo das matérias-primas utilizadas na formulação dos compostos para

processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e extrusão

(TVC)... 61

Quadro 06 - Custo das matérias primas utilizadas na formulação dos compostos padrões... 61

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

DPC – deformação permanente à compressão TVC – túnel de vulcanização contínua

phr – partes por cem de borracha (do inglês parts per hundred of rubber) ASTM – American Society for Testing and Materials

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas ML – torque mínimo

MH – torque máximo

Tsx – tempo de scorch ou pré-cura

T90 – tempo necessário para 90% da cura

Mín. – mínimo

T10 – tempo necessário para 10% da cura (representa neste trabalho o tempo de

1 INTRODUÇÃO

Atualmente as borrachas conquistaram seu espaço cativo na tecnologia moderna, de modo que suas propriedades permitem serem utilizadas em praticamente todos os setores da indústria: automobilística, aeroespacial, calçadista, construção civil, materiais hospitalares, eletrodomésticos, etc.

As borrachas podem ser encontradas na forma natural ou sintética. Entre as borrachas sintéticas destacam-se as borrachas de silicone. O silicone é um polímero, manufaturado na forma de líquido ou sólido, cuja cadeia principal é formada por átomos de silício e oxigênio. Os compostos a base de borracha de silicone têm um elevado custo quando comparados a outros tipos de compostos, porém, sua utilização torna-se necessária em aplicações onde se requer elevada resistência em altas ou baixas temperaturas (-100 °C a 200 °C).

A Indústria de Artefatos de Borracha Wolf Ltda. processa mensalmente 180.10³ kg de borracha, dentre as quais 15.10³ kg são elastômeros de silicone, usados nos mais diversos tipos de produtos.

Visando melhorar a relação entre custo e propriedades dos compostos de silicone produzidos pela Wolf decidiu-se utilizar uma mistura elastomérica proveniente dos resíduos das sínteses de borrachas de silicone, conhecida comercialmente como Silastic (Dow Corning), 20,0% mais barata que outros tipos de silicone normalmente disponíveis no mercado. Além do Silastic, foi introduzido nas formulações o quartzo, que tem como função diminuir o custo da borracha e/ou melhorar as propriedades mecânicas da mesma. Sendo assim, buscou-se avaliar o comportamento mecânico dos

compostos produzidos ao utilizarem a mistura de silicone com diferentes concentrações de quartzo, de modo que no final fossem determinadas as alternativas com melhor relação custo e propriedades.

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Utilização do Silastic (Dow Corning) proveniente do processo de síntese de outros elastômeros de silicone em formulações desenvolvidas para serem utilizadas em compostos processados através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e extrusão (TVC (túnel de vulcanização contínua)), visando melhorar a relação custo e propriedades.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Avaliar as propriedades (dureza, resistência à tração, alongamento, resistência

ao rasgo, resistência ao envelhecimento, DPC (deformação permanente à compressão) e as propriedades reométricas) dos compostos a base de silicone, quando utilizado o Silastic;

3 ELASTÔMEROS

Os elastômeros também conhecidos como borrachas, são materiais poliméricos que se distinguem pela capacidade de retornarem rapidamente à forma e à dimensão original, quando submetidos a um esforço ou deformação externa que aumente seu tamanho em pelo menos duas vezes.

Apesar de conhecidas e utilizadas, para fins lúdicos ou ornamentais, há muito tempo por povos indígenas das Américas, as borrachas só começaram a ter utilização

industrial a partir de princípios do século XIX (www.bndes.gov.br).

A matéria prima utilizada pela indústria da borracha tem origem sintética ou natural (vegetal). No ano de 2004 o Brasil se manteve como um dos maiores produtores

(436.106 _{kg/ano) e consumidores (352.10}6 _{kg/ano) mundiais de borracha sintética. Em}

termos de borracha natural, o Brasil produziu cerca de 100.106 kg/ano e consumiu

260.106 kg/ano. O Brasil é um grande importador de borracha natural e um grande

produtor de borracha sintética. A Tabela 01 mostra o consumo de borracha natural e sintética nos anos de 2003 e 2004 (www.global21.com.br).

Tabela 01 - Produção e consumo mundial e do Brasil de borracha natural e sintética nos anos de 2003 e 2004. Fonte: Sinborsul (www.global21.com.br)

Ano 2003 Ano 2004 Mundo Brasil Mundo Brasil

Produção (106kg) 8010 94 8250 100 Borracha natural _Consumo (106kg) 7960 248 8180 260 Produção (106kg) 11470 405 11870 436 Borracha sintética Consumo (106kg) 11390 350 11550 352

As atividades do setor de borrachas estão divididas em dois estágios: produção da matéria prima e fabricação dos artefatos de borracha. A produção de matéria prima é realizada por duas vertentes, a borracha natural produzida pela vertente agroindustrial e a borracha sintética pela vertente petroquímica, conforme ilustrado na Figura 01.

A fabricação de artefatos também é dividida em dois grandes grupos: indústria pesada, constituída basicamente por fabricantes de pneumáticos e indústria leve, que inclui os fabricantes de todos os outros artigos de borracha (www.bndes.gov.br).

Figura 01 - Esquema de produção das borrachas. Fonte: (www.petroflex.com.br)

Uma variedade muito ampla de borrachas sintéticas foi desenvolvida desde a descoberta do produto. O Quadro 01 apresenta os principais tipos de elastômeros utilizados industrialmente.

Quadro 01 - Principais elastômeros industriais e respectivas nomenclaturas. Fonte: (www.bndes.gov.br)

Sigla

Nome

CR Policloropreno (Neoprene da DuPont)

EPR Borrachas de Etileno-Propileno

IIR Borracha Butílica – Poliisobutileno

IR Poliisopreno

NR Borracha Natural

SBR Borracha de Estireno-Butadieno

BR Polibutadieno

EPDM Borracha de Etileno-Propileno Dieno

TPE (Outras Siglas – TPR ou TR) Borrachas Termoplásticas

ACM ou (Outra Sigla – AEM) Borrachas Acrílicas

ECO ou (Outra Sigla – CO) Borracha de Epicloridrina

CSM Polietilenos Cloro Sulfonados _{(Hypalon da DuPont)}

CFM ou (Outras Siglas – FPM, FKM Borrachas Fluoradas (Viton da _DuPont)

T Polissulfetos (Thiokol)

PUR ou (Outras Siglas – AU, EU, PU) Borrachas de Poliuretano

MVQ (Outra Sigla – Si) Borrachas de Silicone

MFVQ Borrachas de Silicone Fluoradas

HNBR Borracha Nitrílica Hidrogenada

3.1 COMPOSTO ELASTOMÉRICO

Os artefatos de borracha são produzidos a partir de um composto elastomérico (ou composto a base de borracha) tendo como principal componente borracha natural ou sintética. Esses compostos fazem uso de um grande número de aditivos para alterar as propriedades específicas de cada borracha ou diminuir o custo.

3.1.1 ADITIVOS

Os aditivos têm função específica para cada formulação e quando empregados juntamente com o elastômero, proporcionarão as propriedades físicas e químicas desejadas ao produto final.

Os principais aditivos utilizados nas formulações são: agentes de cura, aceleradores, ativadores, antioxidantes, auxiliares de processo, cargas, plastificantes e pigmentos.

Agente de cura (ou vulcanização quando se tratar de enxofre) é a substância responsável pelo processo de cura, isto é, formação de ligações cruzadas. O principal agente de cura é o enxofre, porém vários outros podem ser usados, tais como: selênio, telúrio, monocloreto de enxofre, dissufelto de tiurama, óxido de zinco-magnésio, peróxidos orgânicos, etc (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

Os aceleradores são aditivos utilizados para aumentar a taxa de cura, poupando calor e equipamento. A utilização de aceleradores na composição elastomérica faz-se necessária para que haja o controle da temperatura no tempo requerido para a cura da mesma, melhorando as propriedades físicas da borracha (MORTON, 1995). Os

aceleradores destacam-se quanto a sua velocidade de ação na borracha, os principais são: aldeído e amina; guanidinas e tiuréias; tiazóis e mercaptos; entre outros (GRISON; HOINACKI; MELLO, 1984).

O uso de ativadores é empregado quando o acelerador não fornece todas as características desejadas quanto ao processo de cura, ou seja, sua função é ativar o sistema de aceleração, aumentando sua eficiência. Os mais usuais são o ácido esteárico e o óxido de zinco (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

Os antioxidantes são catalisadores negativos que retardam a oxidação da borracha, prolongando sua vida útil. Os tipos mais usados são derivados oxidáveis das aminas aromáticas e certos fenóis (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

Os auxiliares de processo são utilizados para facilitar as operações de processamento, visando uma redução no custo final. Os mais utilizados são: óleos aromáticos, resinas fenólicas, parafinas, entre outros (GRISON; HOINACKI; MELLO, 1984).

Cargas são componentes adicionados aos compostos elastoméricos com a finalidade de alterar suas propriedades físicas, além de baratear o custo do produto final. Classificam-se em dois grandes grupos: as inertes (ou semi-reforçantes) e as reforçantes.

As cargas inertes são também conhecidas como cargas de enchimento, pois aumentam o volume do material de modo que a relação custo/benefício seja mais satisfatória. Dentre as mais utilizadas destacam-se a barita, o talco, o caulim e as sílicas naturais (GRISON; HOINACKI; MELLO, 1984).

As cargas reforçantes são aquelas que alteram as propriedades físico-mecânicas dos compostos, como: dureza, resistência à tração, compressão, tensão de ruptura e

abrasão. Temos como exemplo: o negro de fumo, alguns silicatos sintéticos e as sílicas precipitadas (amorfas) (GRISON; HOINACKI; MELLO, 1984).

Os plastificantes diminuem a viscosidade Mooney das misturas e conseqüentemente diminuem também o desenvolvimento da temperatura. A viscosidade mais baixa reduz o desgaste das máquinas e proporciona uma economia de energia. Os mais comuns são: óleos minerais, ésteres e as ceras (GRISON; HOINACKI; MELLO, 1984).

Pigmentos são compostos adicionados à mistura para se obter à coloração desejada do produto final. Esses devem apresentar facilidade de dispersão, poder de coloração, vivacidade de cor, insolubilidade para evitar a migração do pigmento, estabilidade a altas temperaturas e inocuidade quando o produto for indicado para a área alimentícia (GRISON; HOINACKI; MELLO, 1984).

Os artigos de coloração branca e os coloridos são obtidos utilizando pigmentos minerais e indicadores orgânicos, geralmente adicionados na forma de pó. A maioria das cargas também é utilizada como pigmentos. Como principais exemplos, podemos citar: o negro de fumo que proporciona a cor preta à composição elastomérica, o sulfeto de mercúrio a coloração vermelha, o óxido de cromo a coloração verde e o dicromato de chumbo a coloração amarela (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

3.2 CURA (VULCANIZAÇÂO)

O processo que revolucionou o uso da borracha foi a vulcanização (como o processo é comumente conhecido), descoberta por acaso em 1839, por Charles

Goodyear, conseguindo assim, um modo de tornar a borracha menos rígida e quebradiça.

Cura é um processo químico intermolecular, que converte através de ligações cruzadas moléculas de borracha natural ou sintética em módulos elásticos tridimensionais. É um tratamento que visa diminuir a plasticidade das borrachas ao mesmo tempo em que retêm sua elasticidade. A reação transforma o material do estado plástico (termoplástico) para o elástico (termofixo) (GRISON; HOINACKI; MELLO, 1984). Consiste na aplicação de calor e pressão a uma composição de borracha a fim de fornecer forma e propriedades ao produto final, em tempo e temperatura determinados (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985). A cura da borracha provoca uma melhora pronunciada nas propriedades químicas e físicas, em relação ao material não curado (www.abiquim.org.br).

A determinação exata do método e das condições de cura (tempo/ temperatura/ pressão) deverá ser feita não somente tendo em vista a composição empregada, mas também as dimensões do artefato a ser fabricado e o fim a que este se destina (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

Para que as condições de cura sejam simuladas em escala laboratorial é utilizado um aparelho conhecido como reômetro. O reômetro gera uma curva reométrica do composto, através da qual se obtém uma série de informações, tais como: a viscosidade do material, o tempo de cura incipiente, o tempo ótimo de cura, as características do platô, a resistência ao envelhecimento, além de realizar o controle de qualidade dos produtos usados (agentes de cura, influências das cargas, plastificantes e tipos de elastômeros sobre um determinado sistema de cura) (GRISON; HOINACKI;

MELLO, 1984). A Figura 02 ilustra uma curva reométrica para um composto de borracha.

Figura 02 - Curva reométrica típica. Fonte: (SILVA, 2002)

3.3 PÓS-CURA

Os artefatos de borracha após serem processados passam freqüentemente por um processo conhecido como pós-cura. A pós-cura consiste em submeter um composto a uma determinada temperatura durante um período de tempo para que se garanta a cura completa, homogeneizando assim a dureza.

No caso dos silicones, durante a pós-cura pode ocorrer a remoção de materiais voláteis como silicone com baixa massa molecular e resíduos da decomposição dos peróxidos. A retirada dos produtos da decomposição dos peróxidos aumenta a

resistência à reversão, propriedades elétricas, resistência química e adesão a outros substratos.

A temperatura empregada para pós-cura fica situada entre 180 e 200 °C, com uma de tolerância de ± 1 °C, e o tempo entre 2 a 4 h. Os artefatos não devem estar em contato uns com os outros, para garantir a total remoção dos produtos voláteis. O tamanho, a forma, o fluxo de ar e o número de artefatos têm grande influência no ciclo de pós-cura (MORTON, 1995).

3.4 SILICONES

Sintetizado por volta de 1900 pelo cientista alemão Wöhler, o silicone é produzido a partir do silício metálico e começou a ser explorado industrialmente desde a 2ª Guerra Mundial, quando foram construídas as primeiras fábricas, tanto na Alemanha como nos Estados Unidos. No Brasil, o silicone começou a ser usado a partir da década de 50, e a primeira fábrica de mistura, foi construída em Duque de Caxias no estado do Rio de Janeiro, na década de 60 (www.abiquim.org.br).

O silicone apresenta uma estrutura que é constituída por uniões do grupamento Si-O, sendo obtido primordialmente a partir da areia de quartzo através de complexos processos químicos. A Figura 03 ilustra a unidade estrutural de uma borracha de silicone, onde o “R” representa o radical que está ligado à cadeia polimérica:

Figura 03 - Unidade estrutural geral de repetição de um polímero de silicone. Fonte: (SMITH, 1998)

Também chamado de polisiloxano, os silicones, são polímeros quimicamente inertes, resistentes à decomposição pelo calor, água ou agentes oxidantes, além de serem bons isolantes elétricos. Resistentes ao calor e à intempérie, os silicones são apresentados na forma líquida ou sólida, utilizados em aplicações como: agentes de polimento, vedação e proteção, impermeabilizantes, lubrificantes e na medicina são empregados como material básico de próteses.

Seus maiores campos de aplicação são na indústria aeroespacial e outros ramos de engenharia sofisticada, onde são necessárias vedações e propriedades elétricas de isolamento, em temperaturas tão baixas quanto -100 °C ou tão altas como 200 °C (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

O silicone apresenta inúmeras vantagens em relação a outros tipos de borracha, dentre as quais pode-se citar:

• Resistência a altas temperaturas e flexibilidade a baixas temperaturas;

• Ótima resistência elétrica transversal e boa resistência a compostos

químicos como ácidos, bases, oxigênio e ozônio;

• Possui baixa deformação permanente, além da grande versatilidade na manipulação de colorações (www.perfitecnica.com.br).

3.4.1 SILASTIC

O Silastic é um elastômero de silicone de alta consistência obtido a partir da mistura dos resíduos provenientes do processo de síntese de outros silicones produzidos pela Dow Corning. Na obtenção do Silastic são usados elastômeros de silicone com diversas faixas de dureza que eram anteriormente descartados. É um material de alta qualidade e pureza já que os resíduos utilizados são pequenas quantidades de vários tipos de elastômero de silicone que durante a síntese acabam fincando aderidos ao equipamento responsável pelo processo. Pode ser utilizado em compostos para serem processados através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e extrusão. Os peróxidos são os agentes de cura mais recomendados para cura desse tipo de elastômero.

4 MATERIAIS E MÉTODOS

4.1 MATERIAIS

As formulações dos compostos a base de silicone utilizados nesse trabalho empregaram o elastômero Silastic Q4 – 4785 (Dow Corning).

Os agentes de cura usados foram o peróxido Di-cumila (Dicup 40C) e o peróxido Bis(2,4-diclorobenzoila) (Peroxan BD 50S) fornecidos pela Retilox e Pergan respectivamente. O quartzo utilizado como agente de enchimento foi fornecido pela Minérios Gerais.

4.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

4.2.1 MISTURA DOS COMPOSTOS DE SILICONE

Foram analisadas 11 formulações desenvolvidas para serem processadas através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e outras 11 para serem processadas por extrusão (TVC (túnel de vulcanização contínua)), variando-se o teor de quartzo micronizado de 0 até 100 phr (partes por cem de borracha).

Os compostos diferem no tipo de peróxido (agente de cura) utilizado, pois eles são específicos para cada processo; utilizou-se o Dicup 40C para os compostos destinados ao processo de moldagem por compressão, transferência ou injeção e o Peroxan BD 50S para os compostos destinados ao processo de extrusão (TVC).

As matérias primas foram pesadas em uma balança KN Waagen modelo 2000 (2,0kg), e preparadas em misturador aberto da marca COPÉ de escala laboratorial (1,5kg), por cerca de 15 min com temperatura na faixa de 60 a 70 °C.

Primeiramente, realizou-se a mastigação do silicone até que se atingisse a homogeneização, adicionando em seguida o quartzo micronizado e por fim o peróxido. Esse procedimento foi utilizado para todas as formulações produzidas, salvo aquelas que não continham quartzo micronizado. A composição das formulações desenvolvidas para serem processadas através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e extrusão (TVC) estão apresentadas nos Quadros 02 e 03.

Quadro 02 - Composição das diferentes formulações para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção.

Silastic Q4 - _{4578 (kg)} Dicup 40C _(kg) micronizado Quartzo (kg) A 0,400 0,002 0,000 B 0,400 0,002 0,040 C 0,400 0,002 0,080 D 0,400 0,002 0,120 E 0,400 0,002 0,160 F 0,400 0,002 0,200 G 0,400 0,002 0,240 H 0,400 0,002 0,280 I 0,400 0,002 0,320 J 0,400 0,002 0,360 K 0,400 0,002 0,400

Quadro 03 - Composição das diferentes formulações para processamento por extrusão (TVC).

Silastic Q4 - _{4578 (kg)} Peroxan BD _{50S (kg)} micronizado Quartzo (kg) A 0,400 0,006 0,000 B 0,400 0,006 0,040 C 0,400 0,006 0,080 D 0,400 0,006 0,120 E 0,400 0,006 0,160 F 0,400 0,006 0,200 G 0,400 0,006 0,240 H 0,400 0,006 0,280 I 0,400 0,006 0,320 J 0,400 0,006 0,360 K 0,400 0,006 0,400

Cada uma das massas deu origem a três placas pós-curadas (utilizadas para retirada dos corpos de prova dos ensaios de dureza, tração, envelhecimento e rasgo), um batoque pós-curado (utilizado no ensaio de DPC (deformação permanente à compressão)) e um corpo de prova não curado (utilizado no ensaio reométrico).

4.2.2 CONFECÇÃO DOS CORPOS DE PROVA

Todas as formulações tiveram um descanso de no mínimo de 24 h após serem misturadas no misturador aberto. Os corpos de prova para os ensaios de dureza, tração, envelhecimento e rasgo foram obtidos a partir de uma placa pós-curada (Figura

04), de dimensões 150 x 150 x 1,95 mm na região do lençol e 6 mm de espessura na região superior da placa. As placas dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção foram curadas a uma temperatura de 150 °C, durante 10 min e pós-cura de 120 min a 165 °C. Já as placas dos compostos para processamento por extrusão (TVC) utilizaram o mesmo tempo, sob uma temperatura de 105 °C e pós-cura de 60 min a 165 °C. Todas elas foram confeccionadas em prensa hidráulica através de moldagem por compressão.

Figura 04 - Placa pós-curada para a obtenção dos corpos de prova de dureza, tração, envelhecimento e rasgo segundo ASTM.

Os corpos de prova utilizados no ensaio de deformação permanente à compressão (DPC) foram obtidos com os mesmos parâmetros de cura, pós-cura e prensagem usados na confecção das placas, diferindo apenas o molde, que é construído com cavidades de seguintes dimensões: 28,5 a 29,0 mm de diâmetro e 12,0 a 12,5 mm de altura.

Tanto as placas quanto os batoques para o ensaio de DPC foram condicionados no mínimo 40 h antes da realização dos ensaios na temperatura normalizada para o laboratório (temperatura de 23 ± 2 °C). O formato dos diferentes tipos de corpos de prova obtidos está apresentado na Figura 05.

Figura 05 - Corpos de prova para os ensaios de tração (1), envelhecimento (1), rasgo (2) e DPC (3). Fonte: (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1984)

4.3 CARACTERIZAÇÃO

4.3.1 ENSAIO REOMÉTRICO

Os ensaios reométricos foram realizados segundo a norma ASTM D 5289. Foi retirada de cada uma das formulações uma quantidade em massa de 6 ± 0,5 g. As curvas reométricas foram traçadas em um reômetro SRCM Sealed Rotorless modelo 2001 do Laboratório físico-qúimico da Borrachas Wolf (Figura 06). Conduziu-se o ensaio a temperatura de 190 ± 1 °C e pressão de 0,5 MPa durante 120 s nos

compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e 60 s nos compostos para processamento por extrusão (TVC).

A partir das curvas obteve-se o torque mínimo (ML), o torque máximo (MH), o

tempo de scorch ou pré-cura (tsx) e o tempo necessário para 90% da cura (T90).

Figura 06 - Foto do reômetro utilizado nos ensaios reométricos.

4.3.2 ENSAIO DE DUREZA

Os ensaios de dureza foram realizados segundo a norma ASTM D 2240. As medições de dureza foram feitas por um durômetro tipo Shore A da marca Zwick do Laboratório físico-químico da Borrachas Wolf. Os corpos de prova para a leitura da dureza foram obtidos através da região superior das placas pós-curada. Os resultados

obtidos representam a média de três medições de cada corpo de prova para cada uma das formulações.

4.3.3 ENSAIO DE TRAÇÃO

Os ensaios de tração foram realizados segundo a norma ASTM D 412 (ABNT NBR 7462). A partir das placas pós-curadas estamparam-se cinco corpos de prova de cada formulação através de um dispositivo de corte tipo C. O ensaio foi realizado em um dinamômetro da marca Kratos, modelo DN 001, do Laboratório físico-químico da Borrachas Wolf, com célula de carga de 20N e velocidade de afastamento entre garras de 500 ± 50 mm/min. Os resultados obtidos são uma média dos cinco corpos de prova de cada formulação.

As propriedades obtidas a partir de corpos de prova pós-curados ensaiados sob tração são conhecidas como propriedades originais. Essa distinção faz-se necessária, pois, após o ensaio de envelhecimento acelerado em estufa os corpos de prova também são submetidos à tração, e as propriedades obtidas passam a ser chamadas de envelhecidas.

Figura 07 - Foto do dinamômetro utilizado nos ensaios de tração.

4.3.4 ENSAIO DE RASGO

Os ensaios de rasgo foram realizados segundo a norma ASTM D 624 (ABNT NBR 11911). Resistência ao rasgo é a força por unidade de espessura necessária para iniciar o rasgamento numa direção perpendicular à força aplicada (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

A partir das placas pós-curadas foram confeccionados cinco corpos de prova de cada formulação através de um dispositivo de corte tipo B. O ensaio foi realizado em um dinamômetro da marca Kratos, modelo DN 001, do Laboratório físico-químico da Borrachas Wolf, com célula de carga de 20N e velocidade de afastamento entre garras de 500 ± 50 mm/min. A partir dos ensaios de rasgo obteve-se a tensão de rasgo (expressa em N/mm). Os resultados obtidos são uma média dos cinco corpos de prova de cada formulação.

4.3.5 ENSAIO DE ENVELHECIMENTO ACELERADO EM ESTUFA

Os ensaios de envelhecimento acelerado em estufa com ar circulante foram realizados segundo a norma ASTM D 573. Este ensaio consiste em submeter um determinado corpo de prova a uma condição especificada de tempo e temperatura, com o objetivo de analisar a capacidade de retenção das suas propriedades originais após a exposição ao calor.

Os corpos de prova utilizados no ensaio de envelhecimento foram os mesmos utilizados nos ensaios de tração. Sendo assim, todos os procedimentos para obtenção dos corpos de prova foram repetidos.

O ensaio foi realizado a uma temperatura de 175 ºC durante 72 h. Após envelhecidas, as amostras foram submetidas aos ensaio de dureza e tração (da mesma forma que já reproduzido anteriormente) para que os resultados obtidos fossem comparados com os resultados encontrados antes do envelhecimento.

As especificações das amostras envelhecidas seguiram a norma ASTM D 2000 M2GE 606 B37 Z1 nos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e ASTM D 2000 M2GE 606 Z1, Z2 nos compostos para processamento por extrusão (TVC).

4.3.6 ENSAIO DE DEFORMAÇÃO PERMANENTE À COMPRESSÃO (DPC)

Os ensaios de deformação permanente à compressão foram realizados segundo a norma ASTM D 395 (ABNT NBR 10025). Este método consiste em submeter um corpo de prova, pós-curado padronizado, a uma deformação constante de compressão,

determinando-se a compressão residual relativa à deformação imposta ao corpo de prova (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985). O dispositivo usado para este ensaio está ilustrado na Figura 08.

Figura 08 - Dispositivo utilizado para o ensaio de deformação permanente à compressão. Fonte: (SILVA, 2002)

Com auxílio de um paquímetro digital com resolução 0,01 mm da marca Mitutoyo, determinou-se a espessura na região central dos corpos de prova. A determinação da espessura dos corpos de prova também se fez necessária para escolha dos espaçadores utilizados no ensaio. Os espaçadores foram escolhidos de modo a impor uma deformação de 25% em relação à espessura inicial das amostras. A partir daí, as amostras e os espaçadores foram posicionados adequadamente entre as placas do aparelho de compressão. O dispositivo montado foi então levado à estufa onde permaneceu durante 22 h a 175 °C. Após este procedimento, retirou-se o dispositivo da estufa. Os corpos de prova foram resfriados durante 30 min a temperatura de 23 ± 2 ºC em uma superfície de baixa condutividade. Empregando a equação 01, foi calculado a DPC.

Onde: CB: deformação permanente à compressão sob deformação constante, em %,

relativa à deformação imposta; e0: espessura inicial do corpo-de-prova; ei: espessura

5 RESULTADOS EXPERIMENTAIS E ANÁLISES

Algumas das propriedades mecânicas (dureza, resistência à tração, alongamento e DPC) das formulações produzidas neste trabalho foram comparadas com as especificações de dois compostos padrões (produzidos na linha da empresa), um deles processado por moldagem de transferência e o outro por extrusão (TVC). As especificações (dureza, resistência à tração, alongamento e DPC) das amostras padrões processadas através de moldagem por transferência e extrusão (TVC) serão comparadas com os resultados obtidos a partir dos corpos de prova das formulações desenvolvidas para serem utilizadas em compostos processados através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e extrusão, respectivamente. O Quadro 04 mostra as propriedades dos compostos padrões:

Quadro 04 – Propriedades e especificações dos compostos padrões processados através de moldagem por transferência e extrusão (TVC) antes do envelhecimento.

Composto

padrão (Shore A) Dureza

Tensão de ruptura (MPa) Alongamento (%) Tensão de rasgo (N/mm) DPC (Variação %) Processado através de moldagem por tranferência 60 (55 a 65) (mín. 6,00) 10,69 (mín. 200) 600 - (máx. 25,00) 20,53 Processado por extrusão (TVC) 61 (55 a 65) (mín. 6,00) 6,99 (mín. 200) 404 - (máx. 60,00) 77,84

5.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS NOS COMPOSTOS PARA PROCESSAMENTO ATRAVÉS DE MOLDAGEM POR COMPRESSÃO, TRANSFERÊNCIA OU INJEÇÃO

5.1.1 DUREZA

O Gráfico 01 apresenta os resultados de dureza das amostras dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (antes e após o envelhecimento). Os valores de dureza aumentaram de acordo com o aumento da proporção de quartzo micronizado nas formulações. Esse comportamento foi observado tanto nos compostos pós-curados como nos envelhecidos. Apenas os compostos “A” e “B” atenderam a especificação de dureza (55 a 65 Shore A). Entretanto, os valores de dureza obtidos nos demais compostos não inviabilizam seu uso, por dois motivos: pode-se obter durezas intermediárias, introduzindo-se outros elastômeros de silicone com dureza menor que 60 Shore A ou pode-se ainda empregar essas alternativas de dureza no atendimento de especificações de outros produtos que exijam durezas mais elevadas.

Considerando-se as especificações da norma ASTM D 2000 M2GE 606 B37 Z1, verifica-se que, em todos os compostos, a variação de dureza manteve-se dentro do exigido para as amostras envelhecidas (± 15 unidades).

Embora os resultados de dureza permitam apenas avaliar o estado de rigidez superficial do vulcanizado, a análise cuidadosa desses valores correlacionados a

resultados como de tensão de ruptura, alongamento e outros, facilitam a avaliação da qualidade da borracha vulcanizada. (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A B C D E F G H I J K Composto D u re za ( S h o re A )

Antes do envelhecimento Após o envelhecimento

Gráfico 01 - Resultados obtidos nos ensaios de dureza dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (antes

e após o envelhecimento).

5.1.2 TENSAO DE RUPTURA

Os resultados de tensão de ruptura dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (Gráfico 02), de um modo geral, apresentaram uma queda gradativa, à medida que se aumentou a proporção de quartzo micronizado nas formulações. Entretanto, todas as alternativas mantiveram-se dentro do valor especificado para o composto padrão (mínimo de 6 MPa).

Máx Mín

Considerando a formulação com maior teor de quartzo (K), observou-se uma redução de aproximadamente 26,5% em relação à formulação “A” , isso ocorreu, devido à característica semi-reforçante do quartzo. Esses resultados podem ainda ter sido influenciados por fatores operacionais ou de processo, tais como: i) erro de leitura na medição da espessura e largura da seção transversal dos corpos de prova; ii) pesagem e mistura das formulações; iii) diferença de temperatura dos platôs da prensa utilizada para a cura dos corpos de prova, e; iv) presença de partícula de quartzo de maior tamanho na região central do corpo de prova.

As amostras envelhecidas permaneceram dentro das especificações, ou seja, variações de ± 30%, quando comparadas às originais.

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 A B C D E F G H I J K Composto T en sã o d e ru p tu ra (M P a)

Antes do envelhecimento Após o envelhecimento

Gráfico 02 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (tensão de ruptura) dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência

ou injeção (antes e após o envelhecimento).

5.1.3 ALONGAMENTO

Conforme pode ser observado no Gráfico 03, constatou-se uma queda acentuada nos valores de alongamento à medida que se introduziu quartzo nos compostos, inviabilizando o uso das formulações “I”, “J” e “K” no atendimento da especificação da norma (mínimo de 200%). Apesar disso, essas alternativas poderão ser utilizadas em aplicações onde a especificação de alongamento seja de no máximo 150%.

A adição de cargas contribui para diminuição do alongamento, o que foi confirmado pelos resultados. Aumenta-se a dureza e diminui-se o alongamento. Segundo as especificações da norma ASTM D-2000 M2GE 606 B37 Z1 as amostras envelhecidas se apresentaram dentro do especificado (variações de 50 pontos percentuais).

0 100 200 300 400 500 A B C D E F G H I J K

Composto

A

lo

ng

am

en

to

(%

)

Antes do envelhecimento Após o envelhecimento

Gráfico 03 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (alongamento) dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção

(antes e após o envelhecimento).

5.1.4 TENSÃO DE RASGO

Os valores obtidos nos ensaios de rasgo apresentaram uma redução significativa de até 36,2% (Gráfico 04). A formulação “A”, sem adição de quartzo, apresentou a melhor resistência ao rasgo. As formulações sucessoras apresentaram uma queda gradativa, devido o emprego de quartzo não conferir reforço desta propriedade, demonstrando-se somente como uma carga de enchimento.

Esse foi um ensaio adicional que não fazia parte das especificações do composto padrão, poderia, no entanto, ser importante para a posterior identificação de novas aplicações em que o requisito resistência ao rasgo fosse especificado.

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 A B C D E F G H I J K Composto T en sã o d e ra sg o ( N /m m )

Gráfico 04 - Resultados obtidos nos ensaios de rasgo dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção.

5.1.5 DEFORMAÇÃO PERMANENTE À COMPRESSÃO

Pode-se observar a partir do Gráfico 05, que exceto a alternativa “K”, com maior teor de quartzo, todas as outras apresentaram valores dentro do especificado pela norma (máximo de 25%). A baixa deformação residual dos compostos sugere sua alta estabilidade dimensional. Essa estabilidade dimensional está intimamente ligada à alta eficiência dos peróxidos utilizados como agentes de cura. Esses produzem ligações intermolecurales muito mais homogêneas que as produzidas via enxofre.

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 A B C D E F G H I J K Composto V ar ia çã o ( % )

Gráfico 05 - Resultados obtidos nos ensaios de DPC dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção.

5.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS MECÂNICOS NOS COMPOSTOS PARA PROCESSAMENTO POR EXTRUSÃO (TVC)

5.2.1 DUREZA

Como nos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção, os compostos para processamento por extrusão (TVC) (Gráfico 06), também apresentaram um aumento gradativo nos valores de dureza em função do aumento da proporção de quartzo nas formulações. Esse comportamento foi observado tanto nos compostos antes do envelhecimento como nos envelhecidos.

Considerando a especificação do composto padrão (55 a 65 Shore A), as alternativas “A”, “B”, “C” e “D” seriam as mais adequadas para esta aplicação.

Entretanto, a utilização das outras formulações (“E”, “F”, “G”, “H”, “I”, “J” e “K”) não é inviabilizada pelos mesmos fatores já relacionados para os compostos destinados ao processo de moldagem por compressão, transferência ou injeção. Seguindo as especificações da norma ASTM D 2000 M2GE 606 Z1, Z2, verifica-se que, em todos os compostos, a variação de dureza manteve-se dentro do exigido para as amostras envelhecidas (± 15 unidades). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 A B C D E F G H I J K

Composto

D

ur

ez

a

(S

ho

re

A

)

Antes do envelhecimento Após o envelhecimento

Gráfico 06 - Resultados obtidos nos ensaios de dureza dos compostos para processamento por extrusão (TVC) (antes e após o envelhecimento).

Máx Mín

5.2.2 TENSÃO DE RUPTURA

Os valores de tensão de ruptura (Gráfico 07) obtidos a partir dos compostos para processamento por extrusão (TVC), salvo a alternativa “K”, permaneceram dentro do especificado pelo composto padrão (mínimo de 6 MPa).

A variação entre o maior e o menor valor encontrado de tensão de ruptura é de 40,2%. Esses resultados podem ainda ter sido influenciados por fatores operacionais ou de processo, tal como já foi relatado para as amostras dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção. As amostras envelhecidas permaneceram dentro das especificações, ou seja, variações de ± 30%, quando comparadas às não envelhecidas.

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 A B C D E F G H I J K Composto T en sa õ d e ru p tu ra (M P a)

Antes do envelhecimento Após o envelhecimento

Gráfico 07 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (tensão de ruptura) dos compostos para processamento por extrusão (TVC) (antes e após o envelhecimento).

5.2.3 ALONGAMENTO

Analisando os resultados mostrados no Gráfico 08, apenas as amostras “J” e “K” apresentaram valores de alongamento fora do especificado (mínimo de 200%), porém isto não impossibilita sua utilização em aplicações onde a especificação de alongamento seja de no máximo 150%.

A diminuição nos valores de alongamento, de acordo com o aumento da proporção de quartzo confirmou o caráter de carga semi-reforçante do quartzo nos compostos para processamento por extrusão (TVC).

Segundo as especificações da norma ASTM D-2000 M2GE 606 Z1, Z2 as amostras envelhecidas se apresentaram dentro do especificado (variações de 50 pontos percentuais).

0 100 200 300 400 500 A B C D E F G H I J K Composto A lo n g am en to ( % )

Antes do envelhecimento Após o envelhecimento

Gráfico 08 - Resultados obtidos nos ensaios de tração (alongamento) dos compostos para processamento por extrusão (TVC) (antes e após o envelhecimento).

5.2.4 TENSÃO DE RASGO

Os valores obtidos nos ensaios de rasgo (Gráfico 09) apresentaram uma redução de até 67,1%. A formulação “A”, sem adição de quartzo, apresentou a melhor resistência ao rasgo. As formulações sucessoras apresentaram uma queda gradativa, devido o emprego de quartzo não conferir reforço desta propriedade, demonstrando-se somente como uma carga de enchimento.

Esse foi um ensaio adicional que não fazia parte das especificações do composto padrão, poderia, no entanto, ser importante para a posterior identificação de novas aplicações em que o requisito resistência ao rasgo fosse especificado.

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 A B C D E F G H I J K Composto T en sã o d e ra sg o ( N /m m )

Gráfico 09 - Resultados obtidos nos ensaios rasgo dos compostos para processamento por extrusão (TVC).

5.2.5 DEFORMAÇÃO PERMANENTE À COMPRESSÃO

Pode-se observar a partir do Gráfico 10, que todas as alternativas apresentaram valores de DPC dentro do especificado pela norma (máximo de 60%). A baixa deformação residual dos compostos sugere sua alta estabilidade dimensional. Da mesma forma que nos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção a estabilidade dimensional está intimamente ligada à alta eficiência dos peróxidos utilizados como agentes de cura.

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 A B C D E F G H I J K Composto V ar ia çã o ( % )

Gráfico 10 - Resultados obtidos nos ensaios de DPC dos compostos para processamento por extrusão (TVC).

5.3 ENSAIOS REOMÉTRICOS

Ao contrário dos ensaios relatados anteriormente, os ensaios reométricos não tiveram seus resultados comparados aos compostos padrões. Os valores encontrados servirão no futuro para simular o comportamento desses compostos quando processados em escala industrial. Nas Tabelas 02 e 03 estão listados os principais parâmetros obtidos a partir dos ensaios reométricos:

Tabela 02 – Parâmetros obtidos nos ensaios reométricos dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção.

COMPOSTOS DADOS A B C D E F G H I J K ML (N.m) 0,08 0,09 0,14 0,16 0,16 0,15 0,18 0,18 0,25 0,27 0,23 MH (N.m) 1,88 2,06 2,36 2,59 2,70 2,89 3,03 3,27 3,69 3,72 3,80 T10 (s) 16,00 17,00 17,00 16,00 16,00 14,00 14,00 14,00 14,00 15,00 13,00 T90 (s) 53,00 56,00 55,00 52,00 52,00 50,00 50,00 51,00 49,00 52,00 47,00

Tabela 03 – Parâmetros obtidos nos ensaios reométricos dos compostos para processamento por extrusão (TVC).

COMPOSTOS DADOS A B C D E F G H I J K ML (N.m) 0,35 0,42 0,46 0,50 0,55 0,73 0,66 0,76 0,93 1,09 1,27 MH (N.m) 1,34 1,43 1,56 1,68 1,84 2,19 2,12 2,29 2,53 2,69 3,32 T10 (s) 6,00 5,00 5,00 5,00 5,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 T90 (s) 11,00 10,00 9,00 9,00 9,00 8,00 8,00 8,00 7,00 7,00 7,00

Observou-se que os valores de torque mínimo (ML), tanto dos compostos para

processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção quanto para processamento por extrusão (TVC), aumentaram de acordo com a introdução de

quartzo nas formulações. Os valores de ML obtidos a partir dos compostos para

processamento por extrusão (TVC), são maiores se comparados aos outros, devido ao tipo de peróxido utilizado como agente de cura.

Os valores de torque máximo (MH) para ambos os tipos de compostos

(processados através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e extrusão (TVC)) são semelhantes. Esses resultados podem ser confirmados através dos valores obtidos nos ensaios de dureza.

Os valores de T10 (representando o tempo de scorch) diminuíram de acordo com

o aumento da proporção de quartzo. Porém, nos compostos para processamento por extrusão (TVC) os tempos encontrados foram menores, pois utilizaram o peróxido Bis(2,4-diclorobenzoíla) que proporciona uma maior velocidade de cura, já que reage

na presença de oxigênio. Da mesma forma comportou-se o T90.

5.4 ANÁLISE DE CUSTO

Comparando o custo dos compostos padrões processados através de moldagem por transferência e extrusão (TVC) (R$12,23 e R$12,98 por quilograma, respectivamente) com as alternativas apresentadas, verifica-se uma queda considerável nos valores. Essa queda está intimamente ligada ao elastômero utilizado nas formulações (20,0% mais barato que os comercias) além do uso do quartzo, já que os compostos padrões não possuíam esse tipo de carga. Convêm ressaltar ainda, que os compostos padrões utilizam pequenas quantidades de negro de fumo e dióxido de titânio com função de pigmentação.

Considerando as especificações que deveriam ser respeitadas para cada um dos casos, as alternativas “A” e “B” dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção, e as alternativas “A”, “B”, “C” e “D” dos compostos para processamento por extrusão (TVC) foram as que melhores

resultados apresentaram. Optando-se ainda, por aquelas com menor custo, ou seja, a alternativa “B” dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (com 10 phr de quartzo e redução de custo de 26,2%) e a alternativa “D” dos compostos para processamento por extrusão (com 30 phr de quartzo e redução de custo de 38,2%).

Tabela 04 – Custo dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção (ver custo das matérias primas no Anexo A).

Composto

_{A B C D E F G H I J K}

Custo

(R$/kg) 9,84 9,02 8,34 7,77 7,27 6,84 6,47 6,14 5,84 5,58 5,34

Tabela 05 - Custo dos compostos para processamento por extrusão (TVC) (ver custo das matérias primas no Anexo A).

Composto

_{A B C D E F G H I J K}

Custo

6 CONCLUSÕES

Os compostos a base de elastômero de silicone, proveniente dos resíduos da síntese de outros tipos de silicone, utilizado nas formulações desenvolvidas neste trabalho apresentaram propriedades, em geral, dentro das especificações dos compostos padrões. Como exceção, os valores de dureza para estes compostos permaneceram acima do limite especificado. No entanto, este resultado não descarta a possibilidade de sua utilização.

As alternativas que melhor relacionaram custo e propriedades quando comparadas aos compostos padrões foram duas: i) alternativa “B” (10 phr de quartzo) dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção, proporcionando uma redução de custo de 26,2%, e; ii) alternativa “D” (30 phr de quartzo) dos compostos para processamento por extrusão (TVC), com redução de 38,2%. O elastômero de silicone, proveniente dos resíduos, com custo 20,0% menor em relação ao silicone comercial e o quartzo micronizado foram os dois principais fatores que acarretaram essa diminuição, proporcionando uma excelente relação custo e propriedades.

Este estudo permitiu concluir que os compostos “B” (para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção) e “D” (para processamento por extrusão (TVC)) a base de elastômero reciclado e carregado com quartzo micronizado podem ser empregados na linha de produção da Indústria de Artefatos de Borracha Wolf Ltda.

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Para trabalhos futuros pode-se testar o silicone reciclado na substituição de outros compostos com especificações diferentes das apresentadas neste trabalho.

Pode-se ainda fazer um estudo mais minucioso nos resultados de DPC obtidos a partir dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção, em especial no valor apresentado pela alternativa “K”.

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABIQUIM. Silicones. Disponível em <http://www.abiquim.org.br/silicone>. Acesso em:

30 setembro 2005.

ANNUAL book, of ASTM standards. Section 9.01: rubber, natural and synthetic –

general test methods; carbon black. Philadelphia: ASTM, 1997.

ANNUAL book, of ASTM standards. Section 9.02: rubber products, industrial –

specifications and related test methods; gaskets; tires. Philadelphia: ASTM, 1997.

BÓ, Maria Cristina; SIQUEIRA FILHO, Antônio Souto de. Controle de qualidade na

indústria de artefatos de borracha. Rio de Janeiro: CNI, 1985.

CALLISTER JR., William D. Materials science and engineering: an introduction. 4th

ed. New York: John Wiley & Sons, 1996.

CANEVAROLO JR., Sebastião V. Ciência dos polímeros: um texto básico para

tecnólogos e engenheiros. São Paulo: Artliber, 2002.

COSTA, Helson M. da; VISCONTE, Leila L. Y.; NUNES, Regina C. R. Aspectos

históricos da vulcanização. Polímeros: ciência e tecnologia. São Carlos - SP, 2003.

GLOBAL 21. Borrachas. Disponível em:

GRISON, Elyo Caetano; HOINACKI, Eugenio; MELLO, José Antônio Barcellos de.

Curso de tecnologia da borracha. Porto Alegre: Associação Brasileira de Química,

1984. 2 v.

MINISTÉRIO DO DESENVOLVIMENTO, INDÚSTRIA E COMÉRCIO EXTERIOR

(BNDES). Panorama do setor de borrachas. Disponível em:

<http://www.bndes.gov.br/conhecimento/bnset/borrach2.pdf>. Acesso em: 30 setembro

2005.

MINISTÉRIO DO TRABALHO E DO EMPREGO (FUNDACENTRO). Sílica e silicose.

Disponível em: <http://www.fundacentro.gov.br/SES/silica_base_2.asp>. Acesso em 12

outubro 2005.

MORTON, Maurice. Rubber technology. London: Chapman & Hall, 1995.

PERFITÉCNICA. Silicone. Disponível em:

<http://www.perfitecnica.com.br/silicone.htm>. Acesso em: 19 outubro 2005.

PETROFLEX. Borracha. Disponível em:

<http://wwww.petroflex.com.br/perfil_borracha.htm>. Acesso em: 29 outubro 2005.

SILVA, Isaac Bezerra e. Desenvolvimento de formulação de compostos

elastoméricos. Porto Alegre: CETEPO, 2002.

SMITH, William F; ROSA, Maria Emília. Princípios de ciência e engenharia dos

ANEXO A – CUSTO DAS MATÉRIAS PRIMAS

Quadro 05 – Custo das matérias primas utilizadas na formulação dos compostos para processamento através de moldagem por compressão, transferência ou injeção e

extrusão (TVC).

Matéria prima Custo amostras (R$/kg)

Silastic Q4-4578 9,83

Dicup 40C 11,5

Peroxan BD 50S 78,33

Quartzo micronizado 0,82

Quadro 06 – Custo das matérias primas utilizadas na formulação dos compostos padrões.

Matéria prima Custo amostras (R$/kg)

Elastosil 401/40S 12,29 Elastosil 401/70S 12,29 Dicup 40C 11,50 Peroxan BD 50S 78,33 Negro de Fumo N550 4,57 Dióxido de titânio 8,62