Como uma máquina amassadeira de borracha incorpora óleos e plastificantes no composto

No mundo do processamento de polímeros, conseguir um composto de borracha homogêneo e de alta qualidade é uma ciência e uma arte. Central neste processo é a incorporação estratégica de aditivos – principalmente óleos e plastificantes – que alteram drasticamente a trabalhabilidade, flexibilidade, durabilidade e custo do composto. No centro desta etapa crucial de mistura, muitas vezes está uma máquina robusta e especializada: o amassadeira de borracha , também conhecido como misturador interno ou misturador Banbury®.

Compreendendo os principais componentes: óleos e plastificantes

Antes de mergulhar na máquina, é fundamental entender o que está sendo incorporado.

• Óleos de Processo (à base de petróleo, vegetais): Usado principalmente para amaciar o polímero base, reduzir a viscosidade para facilitar o processamento, aumentar o volume (reduzindo custos) e auxiliar na dispersão de cargas como negro de fumo ou sílica.
• Plastificantes (Ftalatos, Adipatos, etc.): Semelhante em função aos óleos, mas muitas vezes escolhido especificamente para melhorar a flexibilidade em baixas temperaturas, melhorar propriedades elásticas específicas ou reduzir a temperatura de transição vítrea (Tg).

Ambos são tipicamente líquidos de baixa viscosidade que devem ser transformados de uma fase macroscópica separada em uma mistura íntima microscopicamente dispersa com polímeros de borracha sólidos e cargas em pó.

A anatomia de uma amassadeira de borracha

Um amassador de borracha é uma câmara de mistura fechada e de alto cisalhamento. Seus principais componentes relevantes para a incorporação de líquidos são:

1. Câmara de mistura: Uma caixa robusta e revestida que pode ser aquecida ou resfriada.
2. Lâminas do rotor: Dois rotores contra-rotativos e sem engrenamento com designs complexos em forma de asa. Estes são o coração da máquina, gerando o cisalhamento e o fluxo elongacional necessários.
3. Carneiro ou Peso Flutuante: Um pistão operado hidraulicamente que veda a câmara por cima, aplicando pressão (normalmente 3-7 bar) ao lote.
4. Porta suspensa: Localizado na parte inferior da câmara para descarga do composto misturado.

O processo de incorporação passo a passo

A incorporação de óleos e plastificantes não é uma simples etapa de vazamento; é uma sequência cuidadosamente orquestrada de eventos mecânicos e térmicos.

Fase 1: Mastigação e Envolvimento com Polímeros

O ciclo inicia-se com a adição da borracha base (natural ou sintética). Os rotores, girando em velocidades diferenciais, agarram, rasgam e deformam os fardos de borracha. Isto mastigação quebra temporariamente as cadeias poliméricas, reduzindo o peso molecular e aumentando a temperatura da borracha por meio do atrito interno (geração de calor viscoso). Este aquecimento é fundamental, pois diminui a viscosidade da borracha, tornando-a mais receptiva à aceitação de aditivos.

Fase 2: A adição estratégica de líquidos

O tempo é tudo. Adicionar grandes volumes de óleo logo no início pode ser prejudicial. A melhor prática padrão é:

• Adição dividida: Uma porção (geralmente 1/3 a 1/2) do líquido total é adicionada depois que a borracha é mastigada, mas antes dos principais enchimentos (negro de fumo/sílica) . Este “óleo base” suaviza ainda mais a borracha, criando uma massa pegajosa e adesiva que molhará com mais eficiência e incorporará os enchimentos em pó que virão.
• O perigo do “escorregão”: Adicionar óleo muito cedo ou em excesso antes dos enchimentos pode causar “escorregamento” – uma condição em que o efeito lubrificante do óleo impede que a tensão de cisalhamento adequada seja transmitida à borracha. O composto desliza nos rotores em vez de ser cisalhado, levando a uma dispersão deficiente e a tempos de mistura prolongados.

Fase 3: Incorporação de enchimento e o papel crítico do cisalhamento

Os enchimentos em pó são agora adicionados. O design dos rotores cria um padrão de fluxo complexo dentro da câmara:

• Ação de corte: O composto de borracha é forçado sobre o estreito espaço entre a ponta do rotor e a parede da câmara, submetendo-o a intensos tensão de cisalhamento . Isso mancha o composto camada por camada.
• Dobragem e Divisão (Amassar): As asas do rotor também empurram o composto de uma extremidade à outra da câmara, dobrando-o constantemente sobre si mesmo - a ação literal de “amassar”.

Neste ambiente de alto cisalhamento, o óleo previamente adicionado, agora aquecido pelo composto, atua como um meio de transporte . Ajuda a borracha a encapsular aglomerados de enchimento individuais. As forças de cisalhamento então quebram esses aglomerados, distribuindo as partículas de enchimento e revestindo-as com uma fina camada de matriz óleo-borracha.

Fase 4: Adição e Dispersão Final do Óleo

O óleo ou plastificante restante é frequentemente adicionado depois que os enchimentos são principalmente incorporados . Nesta fase, a temperatura do composto é elevada (frequentemente 120-160°C) e a mistura é uma massa coerente. Adicionar líquido agora é mais controlado.

• A pressão do aríete garante que o líquido seja forçado para dentro do lote e não simplesmente pulverizado nas paredes da câmara.
• A ação contínua de amassar bombas mecanicamente o líquido nos poros microscópicos e lacunas dentro do composto. Os líquidos migram para o composto através de dois mecanismos principais:
  1. Ação Capilar: Desenhado em pequenos espaços entre cadeias poliméricas e aglomerados de enchimento.
  2. Difusão induzida por cisalhamento: A mistura macroscópica pelos rotores cria superfícies sempre novas, expondo o composto seco ao líquido, forçando a mistura em nível microscópico.

Fase 5: Homogeneização Final e Controle de Temperatura

Os minutos finais do ciclo de mistura são para homogeneização. A pressão do aríete garante o envolvimento total da câmara, enquanto o dobramento e o cisalhamento constantes eliminam quaisquer gradientes de concentração local de óleo. Ao longo de todo o processo, o câmara encamisada circula o refrigerante para gerenciar o calor exotérmico da mistura. O controle preciso da temperatura é vital; muito quente e a borracha pode queimar (vulcanização prematura); muito frio, e a redução de viscosidade necessária para uma boa dispersão não será alcançada.

Por que um Amassador se destaca nesta tarefa

O design do misturador interno é especialmente adequado para este trabalho desafiador:

• Alta intensidade: Ele fornece grande energia de cisalhamento e deformação em um curto espaço de tempo, quebrando aglomerados com eficiência.
• Ambiente Contido: A câmara selada sob pressão dinâmica evita a perda de componentes voláteis, controla a contaminação e permite a mistura em temperaturas elevadas com segurança.
• Eficiência: Ele pode processar grandes lotes (de litros a centenas de quilogramas) com muito menos energia e tempo do que moinhos abertos para qualidade equivalente.

Considerações práticas para incorporação ideal

Operadores e compostos devem equilibrar vários fatores:

• Ordem de adição: Conforme descrito, uma adição dividida é padrão para um equilíbrio ideal entre a qualidade da dispersão e o tempo de mistura.
• Velocidade do rotor e pressão do aríete: Velocidades mais altas aumentam o cisalhamento e a temperatura mais rapidamente. A pressão ideal garante um bom contato sem sobrecarregar o motor.
• Viscosidade e Química do Óleo: Os óleos mais leves incorporam-se mais rapidamente, mas podem ser mais voláteis. A compatibilidade (parâmetro de solubilidade) do plastificante com o polímero base é fundamental.
• Tamanho do lote (fator de preenchimento): A câmara deve ser carregada corretamente (normalmente 65-75% cheia). O enchimento insuficiente resulta em cisalhamento insuficiente; o enchimento excessivo impede o dobramento adequado e resulta em mistura irregular.

Conclusão

A incorporação de óleos e plastificantes por uma amassadeira de borracha machine é um processo dinâmico e termomecânico muito além da simples agitação. É uma sequência precisamente projetada de mastigação, timed addition, shear-driven dispersion, and thermal management. Os poderosos rotores e a câmara selada da máquina trabalham em conjunto para superar o imenso desafio de misturar líquidos de baixa viscosidade em uma matriz de borracha não newtoniana de alta viscosidade. Ao compreender a física do cisalhamento, a importância da sequência de adição e o papel crítico da temperatura, os fabricantes de misturas podem aproveitar as capacidades do amassador para produzir compostos de borracha consistentes e de alto desempenho, onde cada gota de óleo e plastificante é aproveitada de maneira eficaz e uniforme para atender às demandas exatas do produto final. Esse profundo conhecimento garante eficiência, qualidade e inovação no vasto mundo da fabricação de borracha.