1. Introdução
1.1 Importância da Taxa de Encolhimento dos Produtos de Borracha
Uma métrica de desempenho crucial para produtos de borracha é a taxa de encolhimento. Tem um impacto direto no desempenho, na aparência e na correção dimensional dos itens. Uma alta taxa de encolhimento pode resultar em falhas superficiais, variação de tamanho do produto e outros problemas que impactarão negativamente a qualidade do produto. Consequentemente, uma das tecnologias mais importantes no processo de fabricação de borracha é gerenciar e maximizar a taxa de encolhimento dos produtos de borracha.
1.2 Visão geral dos principais fatores que afetam a taxa de retração
- Fórmula da borracha: A taxa de encolhimento irá variar dependendo dos tipos e quantidades de cargas, plastificantes e matérias-primas utilizadas na borracha.
- Procedimento de moldagem: Os comportamentos de contração variam dependendo do tipo de moldagem utilizada, como moldagem por injeção ou moldagem por compressão.
- Condições de moldagem: A taxa de contração é significativamente afetada pela escolha dos parâmetros do processo, incluindo temperatura, pressão e tempo de retenção.
- Pós-processamento: A taxa final de encolhimento também será afetada por etapas posteriores do processo, como desmoldagem, resfriamento e tratamento térmico.
2. A influência dos fatores da fórmula na taxa de encolhimento
2.1 A influência dos diferentes tipos de borracha na taxa de contração
2.1.1 Borracha natural, borracha de estireno-butadieno, borracha de cloropreno, etc.
Um dos principais elementos que influenciam a taxa de contração é o tipo de borracha. Os comportamentos de contração de vários tipos de borracha variam devido a variações em suas estruturas moleculares, polaridade, densidades de reticulação e outras propriedades.
- Como a borracha natural (NR) tem uma cadeia molecular mais longa e uma densidade de reticulação mais baixa – geralmente entre 10 e 15 por cento – ela encolhe mais rapidamente.
- O monômero de estireno é adicionado à borracha de estireno-butadieno (SBR), o que resulta em aumento da polaridade molecular, maior densidade de reticulação e diminuição da taxa de encolhimento (geralmente 5–10%) em comparação com a borracha natural.
- A borracha de cloropreno (CR) é caracterizada pela presença de átomos de cloro, maior densidade de reticulação, polaridade molecular mais forte e menor taxa de encolhimento (frequentemente 3-8%).
- Outros, incluindo borracha nitrílica (NBR) e borracha de etileno-propileno (EPDM), têm propriedades de encolhimento distintas devido às suas polaridades e estruturas moleculares variadas, o que exige mais investigação.
2.2 Efeito do conteúdo de carga na retração
2.2.1 Enchimentos inorgânicos vs. enchimentos orgânicos
A taxa de encolhimento dos produtos de borracha também é significativamente influenciada pelo tipo e quantidade de enchimentos utilizados. Normalmente, eles são separados em dois grupos: cargas inorgânicas e orgânicas.
- Os tipos mais comuns de cargas inorgânicas incluem talco, pó de dolomita, negro de fumo branco e negro de fumo. Por serem mais rígidos e terem um módulo mais elevado, este tipo de enchimento pode normalmente restringir a quantidade de contração da matriz de borracha.
- Como as cargas orgânicas, como a celulose e o pó de madeira, encolhem mais do que outras cargas, adicionar muitos deles pode fazer com que o encolhimento total aumente.
2.2.2 Relação entre teor de carga e retração
De modo geral, o produto de borracha encolherá menos quanto mais enchimento houver. Isto se deve ao fato de que os enchimentos rígidos podem impedir a deformação da matriz de borracha devido ao encolhimento.
Por outro lado, um teor excessivo de carga degradaria as qualidades mecânicas e a conformabilidade do produto. Como resultado, é fundamental otimizar e equilibrar o controle de redução com outras necessidades de desempenho.
Controlar o conteúdo de enchimento entre 30 e 50 por cento é muitas vezes uma decisão sábia, uma vez que pode minimizar com sucesso o encolhimento sem influenciar indevidamente outros parâmetros de desempenho. É necessário filtrar e modificar o tipo e o conteúdo do enchimento de acordo com as necessidades particulares do produto.
2.3 A influência de outros aditivos
2.3.1 amaciante, estabilizante, corante, etc.
Amaciante:
A borracha pode alongar-se e tornar-se mais plástica com o plastificante, mas o encolhimento também aumentará. Em geral, a retração aumenta com o aumento da concentração do plastificante.
Estabilizador:
Ao aumentar a densidade de reticulação da borracha, podem ser adicionados estabilizadores, tais como certos antioxidantes e antiozonantes, para diminuir o encolhimento. No entanto, a fragilização também pode resultar de adição excessiva.
Aditivo:
A menos que a quantidade de adição seja muito elevada, a introdução de corantes como pigmentos e corantes normalmente não tem influência perceptível na contração.
Outros:
Uma pequena quantidade de agente vulcanizante, acelerador de vulcanização, agente espumante, etc., também pode ter algum impacto no encolhimento.
3. A influência dos fatores do processo na contração
3.1 A influência das condições de mistura na retração
3.1.1 Velocidade, temperatura, tempo, etc.
Velocidade de mistura:
Uma velocidade muito rápida quebrará a cadeia molecular da borracha, diminuindo o peso molecular e aumentando o encolhimento. Muitas vezes é preferível controlá-lo entre 30 e 60 rpm.
Temperatura de mistura:
Qualquer temperatura muito alta pode acelerar a deterioração térmica das moléculas de borracha e causar ainda mais encolhimento. A temperatura de mistura é normalmente mantida entre 110 e 160 graus.
Tempo gasto mixando:
Um período de mistura excessivamente longo pode causar encolhimento e redução adicional do peso molecular. No entanto, muito pouco tempo impede que os enchimentos se dispersem completamente. Controlá-lo por três a dez minutos costuma ser suficiente.
Ordem de mixagem:
Para minimizar o encolhimento e evitar a aglomeração da massa, é aconselhável aplicar primeiro massa dura, seguida de borracha macia.
3.2 Efeito das condições de vulcanização na retração
3.2.2 Temperatura, tempo, pressão de vulcanização, etc.
Temperatura de vulcanização:
Uma temperatura excessivamente alta pode acelerar a reticulação e a deterioração térmica das correntes de borracha, o que aumentará o encolhimento. Geralmente é preferível mantê-lo entre 150 e 180 graus.
Tempo de vulcanização:
Uma quantidade excessiva de tempo pode acelerar o encolhimento e estimular a reação de reticulação. No entanto, a vulcanização não é totalmente alcançada num período muito curto. Geralmente dentro de 10 a 30 minutos.
Pressão durante a vulcanização:
O volume da borracha será comprimido pela pressão excessiva, o que acelerará o encolhimento. Manter o gerenciamento de pressão entre 5 e 15 MPa é apropriado.
3.3 Efeito do processo de moldagem na contração
3.3.1 Moldagem por injeção vs extrusão
Procedimentos rápidos de injeção e resfriamento na moldagem por injeção causarão mais encolhimento. A moldagem por extrusão encolhe menos rapidamente e é comparativamente lenta.
3.3.2 Taxa de resfriamento
A taxa de encolhimento aumenta com a velocidade de resfriamento. Controlar a taxa de resfriamento é, portanto, essencial para evitar o resfriamento excessivo.
4. Efeito de fatores ambientais na retração
4.1 Efeito da temperatura na retração
O coeficiente de expansão térmica da borracha aumentará com a temperatura, acelerando a taxa de encolhimento.
As cadeias moleculares da borracha também sofrerão reticulação e ruptura térmica em altas temperaturas, o que agravará o encolhimento.
Borrachas com composições variadas também são sensíveis à temperatura. Certos tipos de borracha são mais suscetíveis a variações de temperatura.
Para minimizar o encolhimento, devem ser evitadas configurações de alta temperatura sempre que possível para utilização e armazenamento de produtos de borracha. Técnicas de gerenciamento de temperatura passivas ou ativas podem ser usadas para componentes importantes.
4.2 Efeito da umidade na retração
De modo geral, a umidade tem pouco impacto no encolhimento da borracha. Por outro lado, a absorção de umidade fará com que alguns produtos de borracha contendo enchimentos absorventes se expandam, aumentando o volume total e diminuindo o encolhimento.
A borracha absorve facilmente a umidade e amolece em ambientes com alta umidade, o que pode levar a tamanhos instáveis dos produtos. A secagem excessiva também pode ter impacto no encolhimento e resultar na fragilização da borracha.
Assim, é significativo manter o ambiente de umidade adequado, normalmente entre 40 e 70 por cento de umidade relativa, ao utilizar e armazenar produtos de borracha. Quando necessário, medidas à prova de umidade podem ser utilizadas.
5. Otimização e controle abrangentes
5.1 Otimização dos fatores de formulação
- Escolha matérias-primas de borracha com pouco encolhimento, como silicone ou borracha nitrílica.
- Para diminuir o encolhimento, decida e combine diferentes enchimentos - como talco, negro de fumo branco e negro de fumo - de forma razoável.
- Adicione certas substâncias controladoras de encolhimento, como polietileno, polipropileno de baixo peso molecular, etc.
- Melhore o sistema de reticulação adicionando produtos químicos úteis, modificando o teor de enxofre, etc.
5.2 Otimização de parâmetros de processo
- Regule o ritmo, o tempo e a temperatura da mistura para evitar degradação excessiva.
- Para regular o nível de reticulação, ajuste os parâmetros de temperatura, tempo e pressão de vulcanização.
- Decida uma técnica de moldagem apropriada, como extrusão ou moldagem por injeção, e regule a taxa de resfriamento.
- O monitoramento e o ajuste dos parâmetros do processo em tempo real devem ser feitos em conjunto com a detecção on-line e outras técnicas.
5.3 Controle das condições ambientais
- Evite ambientes quentes e, se necessário, tome medidas adequadas de controle de temperatura.
- Uma faixa modesta de umidade deve ser mantida para evitar ressecamento ou absorção de umidade.
- Medidas auxiliares como resistência à umidade e isolamento térmico podem ser usadas para componentes importantes.