Num composto típico da banda de rodagem de um pneu, o polímero de borracha representa apenas cerca de 47% do peso total. O restante chega ao misturador na forma de negro de fumo, óleo de processo, óxido de zinco, enxofre, aceleradores e antidegradantes. Essa proporção única é a maneira mais rápida de responder à questão de saber de que é feita a borracha, porque o material que as pessoas realmente cortam, moldam e vendem não é uma única substância. É um polímero mais um pacote de produtos químicos cuidadosamente ponderado.
30-40% Teor de hidrocarbonetos de borracha do látex de campo fresco
100 francos O peso de referência fixo no qual cada receita é construída
1,5-2,5 ph Enxofre em um sistema de cura convencional
A resposta curta: uma espinha dorsal de polímero mais um pacote de composição
A borracha é feita de um polímero de cadeia longa combinado com cargas, óleos, curativos e produtos químicos de proteção. O polímero em si é cis-1,4-poliisopreno extraído da árvore Hevea brasiliensis ou uma cadeia sintética construída em um reator a partir de monômeros recuperados de petróleo e gás natural. Todo o resto da receita existe para tornar essa cadeia processável, durável e previsível em serviço.
A borracha é uma rede polimérica elástica e não uma única substância. Seu comportamento emborrachado vem de ligações cruzadas que unem longas cadeias de polímeros umas às outras; sem essas ligações cruzadas, as mesmas correntes amolecem e fluem quando aquecidas.
O isopreno, o monômero de cinco carbonos por trás da borracha natural, é uma molécula pequena. A polimerização liga milhares dessas unidades numa cadeia cujo peso molecular pode atingir várias centenas de milhares de gramas por mol. Esse comprimento é o que permite que o material se estique várias vezes o seu comprimento original e se recupere, desde que as correntes estejam ancoradas umas nas outras.
Um polímero bruto por si só é quase inútil em uma linha de produção. A borracha natural não vulcanizada é pegajosa em climas quentes e quebradiça em climas frios, e perde resistência rapidamente acima de 60 graus Celsius. O pacote de compostos corrige esses pontos fracos, e é por isso que quase todas as especificações que você lerá descrevem um composto, não um polímero.
Borracha Natural: o que sai da árvore
A borracha natural é feita de látex de campo, uma suspensão leitosa que contém aproximadamente 30 a 40% de poliisopreno, 55 a 65% de água e uma pequena mas importante fração de proteínas, lipídios, açúcares e sais minerais. A fração não-borracha é pequena em peso, mas gera comportamento de cura, odor, envelhecimento e risco de alergia.
| Componente | Compartilhamento típico | Por que isso importa |
| cis-1,4-poliisopreno | 30 a 40 por cento | A espinha dorsal elástica do material |
| Água | 55 a 65 por cento | Fase transportadora, removida durante a coagulação e secagem |
| Proteínas | 1 a 2 por cento | Estabiliza o látex na árvore e causa alergia ao látex Tipo I nas pessoas |
| Lipídios e resinas | 1 a 2 por cento | Atuam como antioxidantes naturais e influenciam a cura |
| Carboidratos | Cerca de 1 por cento | Alimenta bactérias, e é por isso que amônia ou outro conservante é adicionado |
| Cinzas e sais minerais | Menos de 1 por cento | Permanecem como resíduo e são relatados como conteúdo de cinzas na folha de dados |
A colheita começa quando a árvore tem cerca de cinco a sete anos. Um seringueiro raspa uma fina espiral de casca, o látex escorre para um copo e o líquido é preservado com amônia para envio. Na fábrica, o látex é coagulado com ácido fórmico e depois processado em uma das três formas comerciais: folhas não defumadas, folhas defumadas com nervuras ou borracha granulada vendida sob qualidades tecnicamente especificadas.
Os nomes das notas contêm informações de composição. Marcas como SVR 10, SIR 20 ou SMR 20 referem-se ao teor máximo de sujeira permitido em partes por cem, portanto, uma borracha de grau 20 permite aproximadamente o dobro da contaminação de um material de grau 10.
Para uma comparação mais profunda das duas rotas poliméricas, a quebra de látex natural e polímeros sintéticos vale a pena ler junto com as especificações da matéria-prima que você recebe do seu fornecedor.
Borracha Sintética: O que Sai da Refinaria
A borracha sintética é feita de monômeros recuperados do petróleo e do gás natural e depois polimerizada em um reator sob condições controladas de temperatura, pressão e catalisador. Como as proporções de monômeros podem ser ajustadas dentro de janelas estreitas, o polímero resultante é muito mais consistente, lote a lote, do que a borracha de plantação.
| Família | Monômeros iniciais | Propriedade de destaque | Peças típicas |
| SBR | Estireno e butadieno | Aderência em piso molhado e resistência à abrasão | Bandas de rodagem de pneus, solas de sapatos |
| BR | Butadieno | Flexibilidade em baixas temperaturas | Paredes laterais, coberturas de cinto |
| EPDM | Etileno, propileno e um dieno como ENB | Ozônio e resistência às intempéries | Telhados, tapetes ao ar livre, mangueira |
| NBR | Acrilonitrila e butadieno | Resistência a óleo e combustível | Juntas, mangueira de combustível, vedações |
| CR | Cloropreno | Resistência à chama e estabilidade climática | Cintos, jaquetas de cabos |
| IIR | Isobutileno com uma pequena porcentagem de isopreno | Permeabilidade ao ar muito baixa | Câmaras de ar, curando bexigas |
| Silicone | Polidimetilsiloxano | Ampla faixa de temperatura de serviço | Vedações, peças em contato com alimentos |
A borracha butílica contém apenas cerca de 1 a 2 por cento de isopreno em peso. Essa pequena fração de unidades insaturadas é o que permite que uma cadeia inerte seja vulcanizada.
O sistema de nomenclatura ISO 1629 agrupa esses materiais pela estrutura de sua espinha dorsal. Classes com sufixo R, como NR, SBR, BR, NBR e CR, possuem cadeias de carbono insaturadas e curam facilmente com enxofre. Classes com sufixo M, incluindo EPDM e silicone, têm cadeias saturadas e normalmente precisam de peróxido, resina ou sistema de cura semelhante.
O que mais entra: a receita de composição
Por 100 partes de borracha, um composto de uso geral normalmente contém 40 a 60 phr de negro de fumo, 5 a 30 phr de óleo de processo, 3 a 5 phr de óxido de zinco, 1 a 2 phr de ácido esteárico, 1,5 a 2,5 phr de enxofre, 0,8 a 2 phr de acelerador e 1 a 3 phr de antidegradante. Esses valores são a faixa de trabalho para um composto convencional curado com enxofre e mudam consideravelmente quando a resistência ao calor, a resistência ao óleo ou a baixa compressão entram nas especificações.
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O negro de fumo raramente tem menos de 40 phr em um produto de borracha mecânica. Corte-o abaixo desse nível e a resistência à tração e ao rasgo cairão rapidamente, embora o composto se torne mais fácil de processar e mais barato de misturar.
As famílias de ingredientes se enquadram em cinco grupos funcionais:
- As cargas, principalmente negro de fumo e sílica precipitada, acrescentam resistência, dureza e resistência à abrasão.
- Plastificantes e óleos de processo suavizam a mistura, melhoram o fluxo e reduzem a temperatura de mistura.
- Ativadores como óxido de zinco e ácido esteárico convertem o acelerador em sua forma ativa.
- Curativos, enxofre ou peróxido, criam as ligações cruzadas que tornam a borracha elástica.
- Os antidegradantes, incluindo aminas, fenóis e ceras, retardam o envelhecimento do oxigênio, do ozônio e do calor.
Do polímero ao produto: quatro etapas de processamento
Transformar esses ingredientes em uma parte utilizável segue quatro etapas, e a composição muda a cada uma delas. Erros de pesagem de algumas gramas em um lote de 50 quilogramas são suficientes para alterar a dureza em vários pontos na escala IRHD.
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Os ingredientes são pesados de acordo com a receita phr e ensacados. Os fardos de polímero são cortados, aquecidos e muitas vezes pré-mastigados para ajustar a viscosidade Mooney antes de os enchimentos entrarem.
Misturando
Um misturador interno ou moinho aberto dobra o negro de fumo e o óleo no polímero. A temperatura de despejo é o ponto crítico de controle, uma vez que uma mistura que descarrega muito quente irá queimar ou curar parcialmente no misturador.
Moldar
A calandragem produz folhas de bitola controlada, a extrusão forma perfis e mangueiras e a moldagem por compressão ou injeção preenche uma cavidade. O composto ainda é termoplástico nesta fase e pode ser retrabalhado.
Vulcanização
O calor aciona o sistema de cura e bloqueia a forma permanentemente. Uma peça espessa pode permanecer em uma prensa por 20 minutos a 150 a 160 graus Celsius, enquanto um perfil extrudado fino pode ser curado continuamente.
O enxofre por si só pode levar horas para curar uma seção pesada. Os aceleradores reduzem esse tempo para minutos, e é por isso que quase nenhum composto comercial é curado apenas com enxofre.
Como a composição aparece em uma planilha de dados
Uma folha de dados de borracha informa a identidade do polímero, proporções de monômeros, limites de contaminação e comportamento de processamento, o que transforma a química invisível em números que você pode comparar. Ler esses números em relação à aplicação é a maneira mais rápida de detectar uma incompatibilidade antes que o material chegue à linha.
- O conteúdo de acrilonitrila no NBR varia de cerca de 18% para baixa resistência ao óleo até 42% para contato severo com combustível.
- O estireno ligado no SBR é normalmente em torno de 23,5% no grau de emulsão padrão, e um estireno mais alto aumenta a aderência em piso molhado e o acúmulo de calor.
- A proporção de etileno e propileno mais o conteúdo de ENB definem como um EPDM cura e quão bem tolera o ozônio.
- A viscosidade Mooney ML(1 4) a 100 graus Celsius geralmente fica entre 40 e 80 para um composto misto.
- Cinzas, matéria volátil e conteúdo de sujeira definem o limite máximo na seleção do tipo de borracha natural.
Dois fornecedores podem cotar o mesmo nome de classe e entregar materiais diferentes. A variação de lote para lote na borracha natural é uma realidade nas plantações, enquanto os tipos sintéticos permanecem dentro de janelas de especificação restritas.
Borracha natural
- Fonte: látex de árvores Hevea
- Muito alta resistência à tração e ao rasgo
- Excelente flexibilidade em baixas temperaturas
- Fraca resistência a óleo e combustível
- Os preços variam de acordo com o clima e os ciclos de plantio
Borracha sintética
- Fonte: monômeros de refinaria
- Propriedades ajustadas pela proporção de monômero
- Resistência a óleo, calor e ozônio disponível
- Consistente de lote para lote
- Preço vinculado aos custos de matéria-prima e energia
Onde a especificação é mais importante, os dados do composto devem ser verificados em relação à peça acabada, e não apenas ao polímero. O mesmo raciocínio se aplica a todos produtos industriais de borracha , desde chapas e esteiras até coberturas de mangueiras e compostos de correias.
Borracha recuperada: composição após uma segunda vida
A borracha recuperada é feita de sucata moída, principalmente pneus em fim de vida, que é desvulcanizada e refinada novamente em uma folha processável. O material ainda contém hidrocarboneto de borracha, mas também carrega negro de fumo, óleo, cinzas e resíduos de cura que estavam no composto original.
Máquina de reciclagem de pneus para produção de pó de borracha Sistema de trituração, peneiramento e separação magnética que prepara pó de borracha de malha 10 e malha -40 a partir de pneus em fim de vida. Ver Produto → O processo começa com a moagem, depois a separação magnética do aço e a remoção da fibra têxtil. Segue-se a desvulcanização, seja termomecânica, química ou assistida por microondas, e o refino finalmente produz uma folha lisa. Uma recuperação típica contém cerca de 40 a 50 por cento de hidrocarboneto de borracha, com o restante composto de negro de fumo e cargas minerais.
O Reclaim é normalmente carregado entre 5 e 20 phr em um composto técnico. Acima desse nível, a resistência à tração e a deformação por compressão degradam-se visivelmente, embora a velocidade de cura aumente frequentemente.
Adicionar recuperação reduz o custo da matéria-prima e desvia a sucata dos aterros, razão pela qual ela aparece regularmente em esteiras, calços de rodas e outros produtos não críticos. É uma escolha inadequada para vedações dinâmicas ou aplicações de alta temperatura, onde o conjunto de compressão consistente é mais importante do que o preço.
Perguntas frequentes
A borracha é feita de petróleo?
Parcialmente. A borracha sintética é feita de monômeros como butadieno, estireno e isopreno provenientes do petróleo e do gás natural. A borracha natural não o é, pois provém do látex da árvore Hevea brasiliensis. A maioria dos produtos industriais de borracha usa um ou outro, e muitos usam ambos em um único composto.
Qual é a diferença entre borracha natural e sintética em nível molecular?
A borracha natural é cis-1,4-poliisopreno quase puro, uma cadeia regular que cristaliza sob tensão e proporciona uma resistência muito elevada. As classes sintéticas são construídas a partir de dois ou mais monômeros, de modo que a cadeia carrega diferentes grupos laterais ao longo de seu comprimento. Esses grupos laterais são os que criam resistência ao óleo em NBR ou resistência às intempéries em EPDM.
O que phr significa em uma receita de borracha?
Phr significa partes por cem de borracha. Cada ingrediente é expresso em relação a 100 partes de polímero de borracha em peso, portanto, um composto com negro de fumo de 50 phr contém metade da quantidade de preto do polímero. É um sistema de proporção, não uma porcentagem da mistura final.
A borracha pode ser feita sem enxofre?
Sim. EPDM, silicone e muitos tipos especiais são curados com peróxidos, resinas fenólicas ou óxidos metálicos em vez de enxofre. O enxofre continua sendo o curativo mais comum porque é barato e funciona bem com cadeias insaturadas como NR, SBR e NBR.
A história da composição termina onde a aplicação começa: um composto só é correto quando seu polímero, carga de enchimento e sistema de cura correspondem ao calor, óleo e flexão que a peça realmente atenderá.
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