Os ensaios em borracha vulcanizada

A vulcanização é um processo químico pelo qual as propriedades físicas ou naturais da borracha são melhoradas, principalmente em relação a algumas propriedades como uma melhor resistência à tração e ao inchaço e à abrasão. Na sua forma mais simples, a vulcanização é provocada pelo aquecimento da borracha com enxofre. Esses materiais podem sofrer os ensaios de envelhecimento acelerado e o de  resistência ao calor.

vulcanizada2Da Redação –

O processo de vulcanização foi descoberto em 1839 por Charles Goodyear que também observou a importante função de certas substâncias adicionais no processo. Esse material, chamado de acelerador faz com que a vulcanização prossiga mais rapidamente ou a temperaturas mais baixas.

As reações entre a borracha e o enxofre não são totalmente compreendidas, mas no produto, o enxofre não é simplesmente dissolvido ou disperso na borracha, pois é quimicamente combinado, principalmente na forma de ligações cruzadas, ou pontes, entre as moléculas de cadeia longa. Na prática moderna, são utilizadas temperaturas de cerca de 140°C a 180°C e, além de enxofre e aceleradores, o  negro de fumo ou o óxido de zinco é geralmente adicionado, não apenas como um extensor, mas para melhorar ainda mais as qualidades da borracha.

Antioxidantes também são comumente incluídos para retardar a deterioração causada pelo oxigênio e ozônio. Certas borrachas sintéticas não são vulcanizadas por enxofre, mas fornecem produtos satisfatórios mediante tratamento semelhante com óxidos metálicos ou peróxidos orgânicos. Dessa forma, a borracha vulcanizada é um material que passa por um processo químico conhecido como vulcanização.

Esse processo envolve a mistura de borracha natural com aditivos como enxofre e outros produtos. A vulcanização torna a borracha muito mais forte, mais flexível e mais resistente ao calor e outras condições ambientais. A borracha vulcanizada produz objetos macios e duros, variando de elásticos a bolas de boliche. De fato, quase todo objeto de borracha consiste em vulcanizada.

É necessário usar a vulcanização para fabricar a borracha de nível comercial, porque a borracha natural não é estável o suficiente para produzir mercadorias. De fato, a borracha natural derrete quando quente, se separa quando está fria e é muito pegajosa. Isso ocorre porque a borracha natural consiste em cadeias de polímeros independentes que permitem que a borracha seja deformada.

A vulcanização cria pontes entre essas cadeias poliméricas, permitindo que a borracha seja deformada quando a tensão é aplicada e retorne à sua posição original quando a tensão é removida.

A borracha vulcanizada possui muitas aplicações e é usada para criar uma grande variedade de objetos. Por exemplo, ela é usada para fazer mangueiras de borracha, solas de sapatos, pneus, bolas de boliche, bolas saltitantes, discos de hóquei, brinquedos, borrachas e porta-vozes de instrumentos. A maioria dos produtos de borracha do mundo é vulcanizada, seja ela natural ou sintética.

A borracha vulcanizada é mais forte que a borracha não vulcanizada porque suas ligações são feitas de reticulações no nível atômico. Isso permite que ela resista a mais estresse e danos, sendo também mais rígida do que a não vulcanizada, ou seja, é mais resistente ao estiramento. No entanto, a borracha vulcanizada tem o mesmo nível de elasticidade que a borracha não vulcanizada.

Ela não tem muitas desvantagens, mas exibe vários atributos negativos. É levemente tóxica quando queimada e esfria rapidamente após ser derretida, tornando-a um pouco perigosa para quem a manuseia. Geralmente, a única maneira de a borracha prejudicar alguém dessa maneira é se ela a queima de propósito.

A NBR ISO 188 de 01/2016 – Borracha, vulcanizada ou termoplástica — Ensaios de envelhecimento acelerado e resistência ao calor especifica os ensaios de envelhecimento acelerado ou resistência ao calor em borrachas vulcanizadas ou termoplásticas. Dois métodos são indicados: o Método A: método utilizando estufa tipo célula ou tipo gabinete com baixa velocidade de ar e uma ventilação de 3 a 10 trocas por hora; e o Método B: método utilizando estufa tipo gabinete com circulação forçada de ar por meio de um ventilador e uma ventilação de 3 a 10 trocas por hora.

Os ensaios de envelhecimento acelerado e resistência ao calor são planejados para estimar a resistência relativa da borracha à deterioração com a passagem do tempo. Para este propósito, a borracha é submetida a influências de deterioração controladas por períodos definidos, depois de as propriedades apropriadas serem medidas e comparadas com as propriedades correspondentes da borracha não envelhecida.

No envelhecimento acelerado, a borracha é submetida a um ambiente de ensaio com a intenção de produzir o efeito do envelhecimento natural em um menor tempo. No caso de ensaios de resistência ao calor, a borracha é submetida por períodos prolongados à mesma temperatura que a borracha estará exposta em serviço.

Dois métodos são indicados nesta norma, sendo um método em estufa usando uma baixa velocidade de ar e outro método usando ventilação de ar forçada para alta velocidade de ar. A seleção do tempo, temperatura e atmosfera em que os corpos de prova são expostos e o tipo de estufa a ser utilizada dependerá do propósito do ensaio e do tipo de polímero.

Para métodos utilizando estufa, a deterioração é acelerada elevando a temperatura. O grau de aceleração produzido deste modo varia de um tipo de borracha para outra e de uma propriedade para outra. A degradação também pode ser acelerada pela velocidade do ar.

Consequentemente, o envelhecimento com estufas diferentes pode fornecer resultados diferentes. As consequências destes efeitos são: o envelhecimento acelerado não reproduz exatamente em todas as circunstâncias as mudanças produzidas pelo envelhecimento natural; o envelhecimento acelerado às vezes deixa de indicar com precisão a vida relativa natural ou de serviço de borrachas diferentes.

Deste modo, o envelhecimento em temperaturas muito acima de temperaturas ambiente ou de serviço pode tender a equalizar as vidas aparentes das borrachas, que deterioram em taxas diferentes no armazenamento ou serviço. O envelhecimento em uma ou mais temperaturas intermediárias é útil na avaliação da confiabilidade do envelhecimento acelerado em altas temperaturas. Os ensaios de envelhecimento acelerado envolvendo propriedades diferentes podem não fornecer concordância na avaliação das vidas relativas de borrachas diferentes e podem até prepará-las em ordens diferentes de mérito. Portanto, convém que deterioração seja medida pelas mudanças nas propriedades que são de importância prática, desde que elas possam ser razoavelmente medidas com precisão.

Não convém que o envelhecimento em estufa seja usado para simular o envelhecimento natural que ocorre na presença de luz ou ozônio quando as borrachas são esticadas. Para estimar a vida útil ou temperatura máxima de uso, os ensaios podem ser realizados em várias temperaturas e os resultados podem ser avaliados usando o mapa de Arrhenius ou a equação de Williams Landel Ferry (WLF), conforme descrito na ISO 113462, resistência ao calor.

Convém que as pessoas que usam esta norma estejam familiarizadas com as práticas normais de laboratório. Esta norma não pretende tratar de todos os problemas de segurança, se for o caso, associados com seu uso. É de responsabilidade do usuário estabelecer práticas apropriadas de saúde e segurança e assegurar a conformidade com quaisquer condições regulatórias nacionais.

Os corpos de prova são submetidos à deterioração controlada por ar em uma temperatura elevada e pressão atmosférica e, subsequentemente, as propriedades especificadas são medidas e comparadas com aquelas de corpos de prova não envelhecidos. Convém que as propriedades físicas envolvidas na aplicação dos serviços sejam utilizadas para determinar o grau de deterioração, porém, na ausência de qualquer indicação destas propriedades, é recomendado que sejam medidos o limite de resistência à tração, a tensão no alongamento intermediário, o alongamento na ruptura (de acordo com a NBR ISO 37) e a dureza (em conformidade com a ISO 48).

Para o envelhecimento acelerado por aquecimento no ar, os corpos de prova são submetidos a uma temperatura mais alta que aquela em que a borracha seria exposta em serviço, a fim de produzir os efeitos de envelhecimento natural em um menor tempo. O período requerido para obter um determinado grau de deterioração dos corpos de prova dependerá do tipo de borracha submetido a exame.

Convém que o período de envelhecimento usado preferencialmente seja tal que a deterioração dos corpos de prova não seja tão grande a ponto de prevenir a determinação dos valores finais das propriedades físicas. O uso de altas temperaturas no envelhecimento pode resultar em mecanismos de degradação diferentes daqueles que acontecem em temperaturas de serviço, deste modo invalidando os resultados.

É crucial para os melhores resultados que a temperatura seja mantida tão estável quanto possível. As tolerâncias de temperatura na NBR ISO 23529 são de ± 1 °C até e inclusive 100 °C e ± 2 °C para 125 °C até e inclusive 300 °C. Porém, estudos tem mostrado que uma mudança de 1 °C na temperatura corresponde a uma diferença de 10 % no tempo de envelhecimento em um fator Arrhenius de 2, ou 15 % em um fator de 2,5.

Isto significa que dois laboratórios executando o envelhecimento em 125 °C podem ter tempos de envelhecimento que diferem em 60 % de um ao outro e ainda ficar dentro da especificação. Para obter resultados precisos, manter a temperatura tão precisa quanto possível, colocando um sensor de temperatura calibrado próximo dos corpos de prova, e usar este sensor para graduar a estufa de forma que a temperatura nesta posição esteja correta.

Usar o fator de correção do certificado de calibração para chegar, tão próximo quanto possível, à temperatura exata. Para o procedimento, aquecer a estufa à temperatura operacional e colocar os corpos de prova. Quando usar uma estufa tipo célula, somente uma borracha ou composto deve ser colocado em cada célula.

Os corpos de prova devem estar isentos de tensão, livremente expostos ao ar, de todos os lados e não expostos à luz. Quando o período de aquecimento estiver concluído, remover os corpos de prova da estufa e condicioná-los por não menos que 16 h e não mais que seis dias, em uma condição livre de esforço em atmosfera determinada no método de ensaio apropriado, para a propriedade particular que está sendo estudada.

O relatório do ensaio deve incluir as seguintes informações: detalhes da amostra: uma descrição completa da amostra e sua origem, detalhes dos compostos e sua condição de cura, se conhecidos, o intervalo de tempo entre a formação e o ensaio, o método usado para preparar os corpos de prova (por exemplo, moldagem, corte da amostra) e o local dos corpos de prova na amostra. Para o método de ensaio fazer uma referência a esta norma, método utilizado (A ou B), as propriedades determinadas e o tipo de corpo de prova utilizado

Nos detalhes do ensaio descrever o tipo de estufa utilizada, o número de corpos de prova utilizado, se o envelhecimento acelerado ou o ensaio de resistência ao calor foi executado, a temperatura e a duração do envelhecimento, os detalhes de quaisquer procedimentos não especificados nesta norma. Nos resultados do ensaio especificar os valores individuais antes e depois do envelhecimento, expressos de acordo com as normas internacionais, para os ensaios de propriedade apropriada, as mudanças nos valores de propriedade, expressas como uma porcentagem ou, para a dureza, como a diferença entre os valores; e a data do ensaio.



Categorias:Metrologia, Normalização

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