Vulcanização - Vulcanization

Trabalhador que coloca o pneu em um molde antes da vulcanização.

Vulcanization (British: Vulcanisation ) é uma variedade de processos para endurecer borrachas . O termo originalmente se referia exclusivamente ao tratamento da borracha natural com enxofre , que continua sendo a prática mais comum. Também cresceu para incluir o endurecimento de outras borrachas (sintéticas) por vários meios. Os exemplos incluem borracha de silicone por vulcanização à temperatura ambiente e borracha de cloropreno (neoprene) usando óxidos de metal.

Vulcanização pode ser definida como a cura de elastômeros , com os termos 'vulcanização' e 'cura' às vezes usados ​​indistintamente neste contexto. Funciona formando ligações cruzadas entre as seções da cadeia polimérica, o que resulta em maior rigidez e durabilidade, bem como outras alterações nas propriedades mecânicas e elétricas do material. A vulcanização, assim como a cura de outros polímeros termoendurecíveis , é geralmente irreversível.

A palavra vulcanização deriva de Vulcano , o deus romano do fogo e da forja.

História

Embora a borracha - látex - fosse conhecida há anos nas culturas mesoamericanas , usada para fazer bolas e impermeabilizar recipientes, pouco mais havia sido feito com ela. Em parte, isso ocorre porque em seu estado natural é um tanto instável, tornando-se muito duro ou muito mole sob várias condições. Por exemplo, os primeiros pneus com tubo de borracha do século 19 ficavam pegajosos em uma estrada quente, até que os detritos ficassem presos neles e, eventualmente, os pneus estourassem.

Charles Goodyear , na década de 1830, estava trabalhando para melhorar aqueles pneus com câmara de ar. Ele tentou aquecer a borracha para misturar outros produtos químicos com ela. Isso pareceu endurecer e melhorar a borracha, embora isso fosse devido ao aquecimento em si e não aos produtos químicos usados. Sem perceber isso, ele repetidamente teve contratempos quando suas fórmulas de endurecimento anunciadas não funcionaram de forma consistente. Um dia, em 1839, ao tentar misturar borracha com enxofre, Goodyear acidentalmente deixou cair a mistura em uma frigideira quente. Para seu espanto, em vez de derreter mais ou vaporizar, a borracha permaneceu firme e, à medida que ele aumentava o calor, ficava realmente mais dura. Goodyear desenvolveu rapidamente um sistema consistente para esse endurecimento, que ele chamou de vulcanização por causa do calor envolvido. Ele obteve a patente no mesmo ano, e em 1844 já estava produzindo a borracha em escala industrial.

Formulários

Existem muitos usos para materiais vulcanizados, alguns exemplos dos quais são mangueiras de borracha, solas de sapatos, brinquedos, borrachas, amortecedores, correias transportadoras, suportes / amortecedores de vibração, materiais de isolamento, pneus e bolas de boliche. A maioria dos produtos de borracha são vulcanizados, pois isso melhora enormemente sua vida útil, função e resistência.

Visão geral

Em contraste com os processos termoplásticos (o processo de fusão-congelamento que caracteriza o comportamento da maioria dos polímeros modernos), a vulcanização, em comum com a cura de outros polímeros termoendurecíveis , é geralmente irreversível. Cinco tipos de sistemas de cura são de uso comum:

  1. Sistemas de enxofre
  2. Peróxidos
  3. Óxidos metálicos
  4. Acetoxisilano
  5. Reticuladores de uretano

Vulcanização com enxofre

Os métodos de vulcanização mais comuns dependem do enxofre. O enxofre, por si só, é um agente de vulcanização lenta e não vulcaniza as poliolefinas sintéticas. A vulcanização acelerada é realizada usando vários compostos que modificam a cinética da reticulação; esta mistura é freqüentemente chamada de pacote de cura. Os principais polímeros submetidos à vulcanização com enxofre são o poliisopreno (borracha natural) e a borracha de estireno-butadieno (SBR), que são utilizados na maioria dos pneus de veículos urbanos. O pacote de cura é ajustado especificamente para o substrato e a aplicação. Os locais reativos - locais de cura - são átomos de hidrogênio alílico . Essas ligações CH são adjacentes às ligações duplas carbono-carbono. Durante a vulcanização, algumas dessas ligações CH são substituídas por cadeias de átomos de enxofre que se ligam a um local de cura de outra cadeia de polímero. Essas pontes contêm entre um e vários átomos. O número de átomos de enxofre na reticulação influencia fortemente as propriedades físicas do artigo de borracha final. As reticulações curtas proporcionam à borracha uma melhor resistência ao calor. As reticulações com maior número de átomos de enxofre fornecem à borracha boas propriedades dinâmicas, mas menos resistência ao calor. As propriedades dinâmicas são importantes para os movimentos de flexão do artigo de borracha, por exemplo, o movimento de uma parede lateral de um pneu em funcionamento. Sem boas propriedades de flexão, esses movimentos rapidamente formam rachaduras e, em última análise, farão com que o artigo de borracha falhe.

Vulcanização de policloropreno

A vulcanização de neoprene ou borracha de policloropreno (borracha CR) é realizada usando óxidos de metal (especificamente MgO e ZnO, às vezes Pb 3 O 4 ) em vez de compostos de enxofre que são atualmente usados ​​com muitas borrachas naturais e sintéticas . Além disso, por causa de vários fatores de processamento (principalmente queimadura, sendo esta a reticulação prematura das borrachas devido à influência do calor), a escolha do acelerador é governada por regras diferentes para outras borrachas de dieno. A maioria dos aceleradores usados ​​convencionalmente são problemáticos quando as borrachas CR são curadas e o acelerador mais importante foi encontrado para ser etilenotioureia (ETU), que, embora seja um excelente e comprovado acelerador para policloropreno, foi classificado como reprotóxico . A indústria europeia da borracha iniciou um projeto de pesquisa SafeRubber para desenvolver uma alternativa mais segura para o uso de ETU.

Vulcanização de silicones

Um exemplo de teclado de borracha de silicone típico de moldagem LSR (borracha de silicone líquida)

O silicone de vulcanização à temperatura ambiente (RTV) é construído com polímeros reativos à base de óleo combinados com cargas minerais de reforço. Existem dois tipos de silicone de vulcanização à temperatura ambiente:

  1. RTV-1 (sistemas de um componente); endurece devido à ação da umidade atmosférica, um catalisador e acetoxisilano. O acetoxisilano, quando exposto a condições úmidas, formará ácido acético . O processo de cura começa na superfície externa e progride até o núcleo. O produto é embalado em cartuchos herméticos e na forma fluida ou pastosa. O silicone RTV-1 tem boas características de aderência, elasticidade e durabilidade. A dureza Shore pode variar entre 18 e 60. O alongamento na ruptura pode variar de 150% a 700%. Eles têm excelente resistência ao envelhecimento devido à resistência superior à radiação UV e às intempéries.
  2. RTV-2 (sistemas de dois componentes); produtos de dois componentes que, quando misturados, curam à temperatura ambiente em um elastômero sólido, um gel ou uma espuma flexível. O RTV-2 permanece flexível de −80 a 250 ° C (−112 a 482 ° F). A decomposição ocorre em temperaturas acima de 350 ° C (662 ° F), deixando um depósito de sílica inerte que é não inflamável e não combustível. Eles podem ser usados ​​para isolamento elétrico devido às suas propriedades dielétricas. As propriedades mecânicas são satisfatórias. O RTV-2 é usado para fazer moldes flexíveis, bem como muitas peças técnicas para a indústria e aplicações paramédicas.

Veja também

Referências