• Drano Rauteon

Borracha e Plástico - O que são? - Parte 2

Atualizado: Jun 1

Pra nós, basta olhar pra um objeto e dizer que ele possui plástico, borracha e metal e sua composição, mas não é bem assim que as coisas funcionam.

Plástico não é “tudo igual”, assim como a borracha e o metal também não são. É comum as pessoas classificarem a qualidade de um produto de acordo com essas terminologias, porém devemos saber que há centenas de polímeros diferentes, que proporcionam milhares de combinações, isto é, compósitos, que permitem agregar qualidades de diferentes materiais e criar produtos de alta qualidade. É o que ocorre com correias, que podem ser feitas de PA66-HNBR-GF-AF, de retentores que são feitos de PTFE ou FPM, de peças de motores e veículos feitas em PA66-GF ou PPGF, calços, coxins e batentes feitos em PU, de dielétricos de capacitores feitos em PP, PE, PC e até polímeros condutores PPy e PEDT.

Mas para sabermos definir a qualidade de um produto, precisamos conhecer as combinações destes materiais, as qualidades e defeitos que cada um possui e a vantagem e desvantagem de utiliza-los. Também é necessário saber que há produtos iguais (que podem ser aplicados no mesmo sistema), porém feitos de materiais diferentes e com diferenças de preços gritantes, como é o caso de retentores. Um retentor de PTFE ou FPM possui uma durabilidade demasiadamente alta, porém seus preços destoam das outras tecnologias mais defasadas, e essa falta de conhecimento do povo sobre a as justificativas do preço alto fazem com que a maioria opte pelo mais barato achando que é “tudo a mesma coisa”.

Outra coisa fácil de se ver na população leiga e até entre profissionais desses ramos é que muitos não conhecem de fato o produto que estão utilizando (ou pelo menos insistem em utilizar termos errôneos). Um bom exemplo são as velhas juntas de vedação estáticas de cabeçotes de motores a combustão interna, que antigamente eram baseadas em Fibra de Amianto e que, pela legislação moderna, foram substituídas por Fibra de Carbono, Fibra de Vidro ou Fibra de Aramida, porém até hoje são conhecidas por todos como “juntas de amianto” ou “juntas de papelão de amianto”.

Neste artigo, com a concatenação de informações selecionadas em vários sites, escritas por vários autores, trago a explicação resumida sobre Fibras, Plásticos e Borrachas e com exemplos de vários materiais compósitos que são utilizados amplamente pela indústria química, automobilística, eletrônica e diversas outras, porém com enfoque na eletrônica e mecânica.

Continuando o capítulo anterior, este artigo tratará da borracha, outro material essencial nos adias atuais.


Borrachas são resinas que podem ser de origem natural ou sintética. Independente da origem as borrachas são elásticas, ou seja, elastômeros. Tanto a borracha quanto o plástico são feitos de polímeros. O que difere uma borracha de um plástico é seu comportamento mecânico, ou seja, a elasticidade. Para completar, tanto a borracha sintética quanto o plástico também podem ser chamadas de resinas.

A borracha natural é o poli-isopreno extraído do látex das seringueiras. O látex é produzido em muitas espécies vegetais tropicais, porém praticamente toda a produção mundial de borracha natural vem da extração de látex da seringueira (Hevea brasiliensis).

Através de incisões no caule dessa árvore, o líquido branco escorre, sendo coletado em tigelas e devendo ser recolhido com frequência a fim de evitar contaminação e putrefação.

O polímero da borracha é um polímero de adição, conhecido como poli-isopreno, pois é formado pela adição de 1,4 de monômeros de isopreno (metilbut-1,3-dieno):

Fórmula estrutural 1


Essa reação está aqui de um modo simplificado, pois nas árvores elas são bem mais complexas e necessitam de enzimas atuando como catalisadores. O valor de "n" na fórmula do poli-isopreno acima é na ordem de 5000 e a borracha natural é formada por cerca de 35% desse polímero. Veja a macromolécula do poli-isopreno abaixo:

Imagem 1

Dentro desta classificação existem as borrachas orgânicas e as inorgânicas.

Borrachas Orgânicas


As borrachas sintéticas são polímeros diênicos sintetizados, como o polibutadieno e o policloropreno. Imitando a reação que ocorre nas árvores da seringueira, os cientistas passaram a realizar reações de polimerização de adição de compostos diênicos, produzindo vários tipos de borrachas sintéticas. Dependendo do tipo de monômero que se usa para produzir o polímero, conseguem-se borrachas com diferentes propriedades.

Atualmente, as borrachas sintéticas são mais utilizadas do que a borracha natural. Tanto a natural quanto as sintéticas são consideradas elastômeros, isto é, substâncias que, quando são submetidas à tensão passam de rearranjos desordenados a arranjos lineares, de maneira reversível.


As borrachas sintéticas mais comuns atualmente são as obtidas por meio da polimerização do acetileno (buta-1,3-dieno), que forma o polibutadieno, e a partir do cloropreno (2-clorobut-1,3-dieno), que produz o policloropreno:

Fórmula estrutural 2


CURIOSIDADE: O policloropreno foi originalmente introduzido no mercado pela química norte americana Du Pont sob o nome comercial Duprene como uma borracha sintética com boa resistência ao óleo e ao ozônio. Posteriormente, a DuPont apresentou novos tipos de CR com melhores características de laboração e vulcanização sob o nome comercial Neoprene.


Parte da borracha usada nos pneus é sintética, conhecida como BuNa-S, sendo formada pelo eritreno (but-1,3-dieno) e pelo estireno (vinilbenzeno), que em inglês escreve-se “styrene”, por isso, o “S” no final. O “Na” também vem da atuação do sódio (Na – do latim Natrium) como catalisador:

Fórmula estrutural 3


CURIOSIDADE: BuNa-S é conhecido atualmente como SBR (Borracha de Butadieno Estireno). Foi elaborada na Alemanha na década de 1930 com o nome de BuNa-S e posteriormente estudada nos Estados Unidos durante a 2ª guerra mundial, porém era chamada de GRS (Government Rubber-Styrene).


A BuNa-S é um copolímero, sendo formada pela adição de diferentes monômeros. Outros exemplos de borrachas sintéticas que também são copolímeros é a Buna-N, que é usada em revestimentos de tanques de gasolina, de mangueiras e em gaxetas.

O BuNa-N é formado pelo eritreno (but-1,3-dieno), de onde vem o prefixo “bu”, e pela acrilonitrila, de onde vem um grupo Nitrilo e, por isso, o “N” no final. Já o “Na” vem do sódio, que atua como catalisador na reação de polimerização desse copolímero:

Fórmula estrutural 4


CURIOSIDADE: O BuNa-N é conhecido no mercado como NBR (Borracha nitrílica). Foi no ano de 1931 que apareceu pela primeira vez uma referência à NBR num documento relativo a uma patente de origem francesa abrangendo a polimerização de butadieno e acrilonitrilo.

A produção de NBR em escala industrial começou em 1934 na cidade alemã de Leverkusen, tendo o primeiro tipo de NBR aparecido no mercado sob o nome de BuNa-N e, mais tarde, como PerBuNaN-N.


Já a borracha sintética ABS, que entre suas utilidades estão a produção de pneus, carcaças de aparelhos elétricos e eletrônicos e em embalagens, é formado pela união de três monômeros: acrilonitrila (A), but-1,3-dieno (B) e estireno (S do inglês “Styrene”):

Fórmula estrutural 5

Mais informações e utilidades sobre os compostos de borracha orgânicos e inorgânicos.


Borrachas orgânicas


1. No pneu de passeio, a borracha predomina, sendo 27% sintética e 14% natural. O negro de fumo constitui 28% da composição. Os derivados de petróleo (como por exemplo a Cera Parafínica ou Carbono Amorfo) e produtos químicos (como por exemplo Óxido de Zinco e Ácido Esteárico) respondem por 17%, o material metálico (ou aço) por 10% e o têxtil por 4%. Lembrando que há a adição de enxofre como agente vulcanizador.

Os pneus de automóveis são projetados para suportar altas velocidades, enquanto os pneus de carga são fabricados de acordo com o peso que deverão sustentar. Com isso, a quantidade de borracha natural nos pneus de caminhões está em torno de 30%.

Já que o assunto é pneus e borrachas, acho um momento oportuno pra mostrar isso:

Imagem 2 - Créditos: Garagem do Bellote TV (You Tube)


A imagem acima é do pneu reserva do "Sueco voador", o icônico SAAB 900 Turbo S 16V AERO, trazido pela General Motors para testes em 1991 e que ficou por aqui, na mão de um colecionador.


2. Juntas de vedação dinâmica, isto é, retentores, podem ser fabricados com borracha sintética do tipo NBR (Nitrilo Butadieno). A borracha nitrílica pertence à classe das borrachas especiais resistentes ao óleo e é um copolímero de butadieno e acrilonitrilo, sendo a polimerização feita por um processo de emulsão, como o usado para o SBR, podendo ser realizada a quente ou a frio, obtendo-se os denominados “hot nitriles” e “cold nitriles” conforme a temperatura é superior a 30 °C ou se situa entre 5 °C e 30 °C, respectivamente.

Os diferentes graus (ou tipos) de NBR distinguem-se pelo conteúdo em acrilonitrilo (abreviadamente ACN), o qual pode variar de uma forma geral de 18 a 51 % e também pela viscosidade.

Na produção de NBR, tal como no caso do SBR, existem muitos parâmetros que variando originam uma grande diversidade de graus comerciais disponíveis. Alguns desses parâmetros são:

→ Teor em acrilonitrilo que influencia diretamente a resistência ao óleo e à gasolina, bem como a flexibilidade a baixa temperatura;

→ Temperatura de polimerização que origina os “hot” ou “cold” nitrilos;

→ Modificador da cadeia que provoca diferenças na viscosidade Mooney e no processamento;

→ Estabilizador que origina diferenças na cor e na estabilidade durante a armazenagem;

→ Misturas com PVC que produzem os tipos de borracha conhecida como NBR/PVC.


CURIOSIDADE: O compósito NBR/PVC pode ser utilizado na produção de peças de automóveis. Um exemplo simples de uso são os funis em bocais de tanques de partida a frio dos motores flex. Veja as imagens abaixo:

Imagem 3 - O funil do bocal é feito em NBR/PVC. Este componente faz parte do sistema de partida a frio da Scénic 1.6 16V de 2005 a 2010.


Observe a próxima imagem:

Imagem 4 - Funil do reservatório feito em NBR / PVC. Componente dos sistema de partida a frio da linha HB20, presente na primeira geração do modelo lançada em 2012.


Resumidamente, a borracha nitrílica (NBR) oferece um bom balanço entre a resistência a baixa temperatura (entre -10°C e -50°C), ao óleo, a combustíveis e aos solventes, resistência essa em função do teor em acrilonitrilo. Estas características combinadas com uma boa resistência a alta temperatura e à abrasão, tornam a borracha de NBR aconselhada para uma grande variedade de aplicações. Apresenta também boa resistência à fadiga dinâmica, baixa permeabilidade ao gás e a possibilidade de ser misturada com materiais polares como o PVC.


3. A borracha SBR é utilizada desde em solas de sapato, mangueiras, bastante utilizada na confecção de correias, sendo normalmente parte de um compósito. Um exemplo de uso você verá mais abaixo.

A maior parte do SBR, cerca de 85 a 90%, é polimerizado por emulsão, sendo os restantes 10 a 15% polimerizados em solução.

Da mesma forma que ocorre com a borracha NBR, em função da temperatura de polimerização, a borracha obtida é classificada de “hot rubber” se a temperatura de polimerização é de cerca de 55 °C e de “cold rubber” se a temperatura de polimerização se situa entre 5 ~ 10 °C, possuindo esta última melhores características de laboração. Considerando o tipo de estabilizadores usados na polimerização, o SBR é classificado como "SBR manchante" (staining) e "SBR não manchante" (non-staining).

Existe também o SBR extendido com óleo (oil extended SBR), sendo o mais comum o que contém 25 a 50 partes em peso de plastificante sobre 100 partes de borracha, sendo este tipo de SBR o de mais fácil processamento. Os óleos usados podem ser aromático ou nafténico; o óleo parafínico não é utilizado porque não é suficientemente solúvel no SBR. Os tipos mais conhecidos de SBR extendido com óleo são o SBR 1712 (escuro) e o SBR 1778 (claro). Outras formas populares de SBR modificado são os “Masterbatches” feitos com óleo e negro de Carbono.

Os vulcanizados obtidos a partir da borracha SBR apresentam uma melhor resistência à abrasão do que a borracha natural (NR), assim como uma melhor resistência a altas temperaturas (100 °C) e ao envelhecimento, mas uma menor flexibilidade e elasticidade a baixas temperaturas (até cerca de -50 °C). No caso das temperaturas elevadas, os vulcanizados de SBR apresentam um endurecimento e não um amolecimento como acontece com os vulcanizados de borracha natural. A permeabilidade ao gás é elevada mas menor do que a dos vulcanizados de borracha natural enquanto que a resistência química é semelhante à da borracha natural.

A borracha SBR também pode ser misturada com borracha de policloropreno (CR) e dar origem a um compósito de elevada resistência a tração. Um bom exemplo de uso deste compósito são correias de acessórios de motores a combustão. Estas correias acionam alternador, bomba de direção hidráulica e a polia com embreagem magnética do compressor do ar-condicionado. Veja imagem baixo:

Imagem 5 - Correia Poly-V FIAT-PowerTrain feita em CR-SBR. Utilizada para acionar alternador e compressor do AC de um FIAT Pálio Attractive 2013. Outra correia de CR-SBR é utilizada para a bomba de direção hidráulica neste veículo


4. Falando em policloropreno, este elastômero é muito utilizado na produção de coifas de homocinética e semi-eixo. Veja a imagem abaixo:

Imagem 6 - Coifa utilizada em alguns modelos da linha Renault para vedar o câmbio no ponto de encaixe da trizeta do semi-eixo esquerdo.


Se o cloropreno for polimerizado sem qualquer aditivo de modificação, o produto obtido é tão duro e insolúvel que é impossível de processar, tendo, portanto, que se decompor a cadeia do polímero para permitir pontos de clivagem. Os dois métodos usados para obter a processabilidade são:

-> o processo tipo tiurame ou modificado com enxofre -> o processo modificado sem enxofre, modificação por mercaptano


Embora a resistência ao óleo das borrachas então existentes tenha sido melhorada com o aparecimento das borrachas nitrílicas e a resistência ao ozônio com o aparecimento das borrachas EPT (terpolímero de etileno e propileno), a borracha de policloropreno continuou a ser bastante utilizada devido à boa combinação de propriedades e processabilidade apresentada.


A classificação do policloropreno foi feita considerando o grupo destinado ao fabrico de adesivos e o grupo para aplicação geral na indústria, subdividido este último em três famílias, a família G, a família W e a família T

-> Família G: Os graus mais típicos são o Neoprene GN, com pouca estabilidade enquanto matéria-prima, o Neoprene GNA e o Neoprene GT, estes com melhor resistência à cristalização, embora pequena;

-> Família W: Possuem melhor estabilidade de armazenagem e maior resistência à cristalização, fruto da modificação com mercaptano sofrida durante a polimerização. Têm também uma distribuição mais uniforme do peso molecular e necessitam normalmente de catalisadores orgânicos para que a vulcanização seja razoavelmente rápida. Os graus mais típicos são o Neoprene W, o Neoprene WHV e o Neoprene WK. O Neoprene WRT é o mais resistente à cristalização;

-> Família T: São mais comuns o Neoprene TW e o Neoprene TRT, ambos semelhantes ao Neoprene tipo W e contendo uma fração de polímero gel para melhorar o seu comportamento. São resistentes à cristalização e necessitam de catalisadores orgânicos.


5. Na produção de correias dentadas sincronizadoras de motores a combustão interna atuais, um dos materiais sintéticos utilizados é o HNBR (Acronitrilo Butadieno Hidrogenado), uma evolução do NBR descrito no tópico acima.

A produção da borracha de Acrilonitrilo Butadieno Hidrogenado começa com a obtenção de um NBR pelo processo de polimerização por emulsão, sendo depois este polímero dissolvido num solvente apropriado. Após a dissolução estar completa, a adição de hidrogênio gasoso em conjunto com a adição de um catalisador metálico a uma determinada temperatura e pressão provoca uma hidrogenação seletiva, parcial ou completa, para produzir um polímero de nitrilo altamente saturado. A designação de HSN ("high satured nitrile") pela qual o HNBR é por vezes referido, tem neste facto a sua origem. O solvente e o catalisador são depois recuperados e a fração restante seca, sendo o produto seco seguidamente embalado e empacotado. Os catalizadores adequados para serem usados em soluções aquosas podem ser complexos de Piridina-Cobalto ou complexos de Rádio, de Rutínio, de Iridio e de Paladio, sendo particularmente efetivo um catalizador baseado em metais de transição com um iodeto trivalente de Rádio.

Os diferentes tipos de HNBR's disponíveis no mercado abrangem uma gama de conteúdo em acrilonitrilo (ACN), de cerca de 17 a 50% e uma gama de viscosidades de 50 a aproximadamente 150 ML (1+4) a 100 °C, o que é bastante vantajoso, uma vez que podemos fazer a nossa escolha de acordo com as propriedades pretendidas e de acordo com o processo de manufatura que vamos usar (moldagem por compressão, injeção ou transferência ou processo de extrusão).

O teor em ACN determina aqui, tal como no caso da borracha de NBR, a resistência aos fluidos, a resistência química, e também o desempenho em baixa temperatura da seguinte forma:

Aumentando o teor em acrilonitrilo, diminui o aumento de volume do composto correspondente e melhora a resistência química, mas a flexibilidade a baixa temperatura fica mais pobre.

Igualmente importante é o nível de hidrogenação do HNBR já que, à medida que ele aumenta, melhoram a resistência ao calor e ao ozônio, diminuindo, no entanto, a histerese dinâmica. Devemos igualmente referir que o nível de hidrogenação condiciona a escolha do tipo de sistema de vulcanização a usar.


Propriedades dos Vulcanizados de HNBR


De uma forma geral, os vulcanizados de HNBR podem ser utilizados numa gama de temperaturas de -40 °C a 160 °C e apresentam:

→ Elevados valores de tensão de rotura;

→ Elevada resistência ao calor pelo que os valores retidos das propriedades físicas, após exposição a altas temperaturas, são elevados;

→ Boa resistência à compressão especialmente a alta temperatura;

→ Boa flexibilidade a baixa temperatura;

→ Excelente resistência ao Ozônio;

→ Boa resistência ao vapor;

→ Boa resistência a radiações ultravioleta;

→ Boa resistência química a óleos técnicos agressivos, ATF, biodisel e anti-congelantes (como por exemplo o Etilenoglicol);

→ Boa resistência em meios ácidos e alcalinos e ao Sulfeto de Hidrogénio (antigo Sulfureto de Hidrogênio).


CURIOSIDADE: Como foi dito anteriormente, a borracha HNBR é utilizada na confecção de correias dentadas para motores a combustão. Geralmente o compósito da correia é HNBR-GF-PA66, ou seja, uma malha de Poliamida 66 (Nylon) em paralelo com uma malha de fibra de vidro (Glass Fiber - GF) e a "liga" que une as malhas e dá formato para a correia feita em borracha HNBR. Veja a imagem baixo:

Imagem 7 - Uma correia dentada 6K288-BA feita em HNBR-GF-PA66 aplicada em um motor FoMoCo (Ford Motor Company).


CURIOSIDADE: Para saber mais sobre as correias dentadas BIO (Belt-In-Oil), que empregam Fibra de Aramida e Politetrafluoretileno, leia o Capítulo 1 desta série.


6. Plásticos e borrachas de acabamento e vedação de veículos podem utilizar borracha sintética EPDM (Etileno-Propileno-Dieno-Metileno). Correias também podem utilizar este material somado com Poliamida (PA66).

Imagem 8 - Correia para motores FoMoCo, porém desta vez é uma Poly V 6PK (6 frisos) para aplicação no sistema de acessórios.


A borracha de etileno-propileno-dieno-metileno (EPDM), uma das borrachas muito utilizadas atualmente, pertence ao grupo genérico das “borrachas de etileno-propileno”, grupo que engloba duas variedades de borrachas: os copolímeros e os terpolímeros.

As borrachas de etileno-propileno-metileno (EPM e EPDM) foram introduzidas em 1962 nos EUA, embora a produção comercial só tenha começado em 1963.

Os copolímeros são geralmente referidos como borrachas “EPM”, em que as letras “E” e “P” significam respectivamente, Etileno e Propileno, enquanto que a letra “M” significa que a borracha tem uma cadeia saturada do tipo Polimetileno (-(CH2)x-). O EPM, também designado por APK ou EPR, é portanto uma borracha obtida através da copolimerização do Etileno e do Propileno.

Tem elevado peso molecular, é amorfa e saturada e, por ser saturada, só pode ser vulcanizada com peróxidos orgânicos. À temperatura ambiente, o polietileno é um plastomero cristalino, mas aquecendo-o, ele passa através de uma fase “elastomérica”. Se interferirmos na cristalização do Polietileno, ou seja, se incorporarmos na cadeia do polímero elementos que impeçam a cristalização, a temperatura de fusão e a fase elastomérica podem ser reduzidas para valores inferiores à temperatura ambiente. Estes materiais amorfos e vulcanizáveis são os EPM's, sendo completamente amorfos e não auto-reforçantes aqueles que possuem entre 45 a 60% de etileno.

Se o conteúdo em etileno for da ordem de 70 a 80%, os polímeros contêm longas sequências de etileno, que são particularmente cristalinas, sendo por isso referidos como graus “sequential” e o seu comportamento em processamento difere muito do apresentado pelos polímeros amorfos.

Uma vez que a vulcanização da borracha de EPM com peróxido, a única possível, apresenta algumas desvantagens, foi desenvolvida a reação do Etileno-Propileno com um Dieno para ser possível a vulcanização com Enxofre e aceleradores convencionais. O produto da polimerização assim obtido é, como já referido, o EPDM, Terpolímero composto por três unidades de monómeros: Etileno, Propileno e Dieno.

Nos terpolímeros, usualmente referidos como borracha de “EPDM”, as letras “E”, “P” e “M” têm o mesmo significado que anteriormente referido, designando a letra “D” o terceiro monómero, um Dieno, que introduz insaturação na cadeia. Os EPDM's são, portanto, EPM's insaturados.

Os dienos mais utilizados são 1,4 hexadieno (1,4 HD), o Diciclopentadieno (DCPD) e o Etilidene Norbornene (ENB), este o mais usado devido à sua fácil incorporação e à sua maior aptidão para a vulcanização com Enxofre, embora seja o mais caro.


7. Peças plásticas que não estão montadas em locais de muito calor podem utilizar a borracha sintética ABS (Acronitrila-Butadieno-Estireno).

O ABS é um copolímero, e a proporção exata de cada componente na composição do copolímero depende da utilização final do produto para que este se destina. As proporções desta composição podem variar de 15% a 35% de Acrilonitrila (ACN) e 40% a 60% de Estireno, com 5% a 30% de Butadieno. O resultado é uma longa cadeia de Polibutadieno interligada por cadeias curtas de Acrilonitrila com Estireno. Os grupos de nitrilas das cadeias vizinhas, por serem polares, atraem-se uns aos outros ligando as cadeias, fazendo assim com que o ABS seja mais resistente que o poliestireno puro, vulgarmente conhecido por "esferovite". O estireno confere-lhe uma superfície brilhante e impenetrável, e o butadieno, que é uma substância borrachosa, dá-lhe uma flexibilidade que se estende às temperaturas baixas.

O resultado físico deste copolímero é um material termoplástico rígido e leve, com alguma flexibilidade e resistência na absorção de impacto . Esta resina sintética termoplástica pode assumir quaisquer formas e cores, por moldagem térmica a altas temperaturas e adição de pigmentos.

As resinas ABS podem ser encontradas em tipos adequados para moldagens por injeção, extrusão, por sopro, expansível e para conformações a quente. Alguns tipos de ABS são compostos com outros tipos de resinas tendo a finalidade de atingir propriedades especiais. O ABS é característico pela facilidade na sua moldagem. Outras resinas ABS são empregadas para alterar a rigidez do PVC para sua utilização em tubos, chapas e peças moldadas.

A produção de 1 kg de ABS requer o equivalente a cerca de 2 kg de petróleo como matéria-prima. Ainda na consideração de custo de produção deve ser levado em consideração a energia gasta na produção do plástico, entre outros custos fixos, o que ainda assim configura o copolímero ABS em um plástico de baixo custo e com bom relação custo-beneficio quando considerada sua durabilidade e resistência mecânica.

Os polímeros de ABS são resistentes a alcalinos, ácidos aquosos, ácidos hidroclorídrico e fosfórico-concentrados, álcoois e óleos animais, vegetais e minerais, mas são inchados por ácido acético glacial (que é o componente ácido do vinagre), tetracloreto de carbono e hidrocarbonetos aromáticos. São atacados também pelos ácidos sulfúrico e nítrico-concentrados, e são ainda solúveis em ésteres, cetonas e organoclorado de etileno. As características de envelhecimento dos polímeros são provocadas pela quantidade de polibutadieno e, por isto, é normal incluírem-se antioxidantes na sua composição.

O ABS é inflamável quando exposto a altas temperaturas. As características de impacto das resinas ABS são excepcionais à temperatura ambiente, e em determinados tipos de resinas chegam a resistir à temperaturas baixas de até -40 °C.


8. A designação FPM ou FKM (Normas DIN/ISO 1629 ou ASTM D 1418, respectivamente), são as designações que representam aproximadamente 80% dos fluoroelastómeros, sendo que todos eles (FPM e FKM) contêm fluoreto de vinilideno (VF2) como um monómero.

Os fluoroelastómeros são borrachas altamente especializadas e o seu aparecimento foi de grande importância para a resolução de problemas existentes nas indústrias automotiva, aero-espacial, química e petrolifera. Devemos referir também os elastômeros perfluorados (FFPM e FFKM), terpolímeros que são totalmente fluorados e utilizados em ambientes de extrema agressividade química, já que apresentam a melhor resistência química de todos e suportam temperaturas da ordem de 325 °C, assim como as borrachas de tetrafluoretileno e propileno (FEPM ou TFE/P), copolímeros que também possuem VF2 como monómero.

Os elastómeros fluorados são todos fruto da descoberta da inércia do politetrafluoretileno (PTFE) feita por Plunkett em 1938, descoberta essa que posteriormente originou a marca comercial TEFLON da DuPont, tendo os primeiros produtos surgidos a partir de 1950. Inicialmente foi a descoberta de um copolímero de fluoreto de vinilideno (VF2) e hexafluorpropeno (HFP) e, pouco depois, a de um outro termicamente mais estável e mais resistente aos solventes, o terpolímero VF2/HFP/TFE que possui um conteúdo elevado de flúor comparado com os copolímeros. A estes produtos foi dado o nome comercial "VITON A" (copolímero lançado no mercado em 1958) e "VITON B" (terpolímero), que tiveram como concorrente o "FLUOREL" (nome comercial da 3M Company) e mais tarde o DAI-EL (da Daikin Kogyo Company, do Japão) e o "TECNOFLON" (Montecatini).

Foi igualmente marcante a descoberta do primeiro perfluorcarboneto elastômero, um copolímero de TFE/ter de perfluormetilvinil (PMVE), o mais estável de todos os elastómeros conhecidos e que, com a adição de PMVE ganhou uma flexibilidade a baixa temperatura muito superior à dos copolímeros e dos terpolímeros.

A maioria dos elastómeros de VF2/HFP e VF2/HFP/TFE (tetrafluoretileno) são normalmente preparados por polimerização radical em emulsão usando compostos “perxi” tais como persulfato de amónio como iniciador, ocasionalmente em sistemas “redox” com ou sem agentes de transferência de cadeia tais como tetracloreto de carbono, ésteres alcalinos ou sais halogenados. A normal polimerização contínua é seguida por centrifugação ou coagulação e isolamento do polímero seco.


CURIOSIDADE: A maior parte das vulcanizações de FPM é efetuada em duas etapas: uma vulcanização sobre pressão em prensa (compressão, transferência ou injeção) ou em autoclave até que o produto tenha uma estabilidade suficiente e uma pós-vulcanização em estufa sem pressão com circulação de ar quente para complementar a reação de reticulação. Durante a vulcanização formam-se pontos de reticulação enquanto que o polímero liberta fluoreto de hidrogénio, HF, o qual reage com o Óxido de Magnésio formando Fluoreto de Magnésio (MgF) e água. Para que a reticulação fique totalmente completa é necessário que a água formada seja removida o que só é possível na totalidade durante a pós-vulcanização em estufa.

Em geral, a maioria dos compostos necessita, como referido, de um ciclo de vulcanização com duas etapas para atingir o melhor balanço das propriedades do vulcanizado. A vulcanização pode ser à temperaturas na faixa dos 200 ~ 204 °C durante poucos minutos ou, sendo efetuada em vapor durante 2 a 3 horas. Para artigos bastante espessos é normal usar-se uma vulcanização em que a temperatura sobe gradualmente, podendo uma vulcanização gradual típica se iniciar a uma temperatura de 80 °C e esta ir subindo em etapas de 30 °C. Deve seguir-se à vulcanização uma pós-vulcanização em estufa durante, por exemplo, 15 horas a 230 °C (pode ser de 24 horas a uma temperatura um pouco mais baixa), para otimizar as propriedades de tensão de rotura e de resistência à compressão, embora, por vezes 10 horas seja já uma duração suficiente, podendo, todavia, serem utilizadas temperaturas mais elevadas para alguns tipos de borrachas fluoradas. A temperatura da estufa deve ser tão alta quanto a temperatura prevista para a utilização do componente de borracha.


As borrachas fluoradas são excepcionalmente estáveis a alta temperatura, são excelentes em serviço quando expostas continuamente a temperaturas de 240 ~ 260 °C), apresentando uma excelente resistência à compressão a temperaturas elevadas e boa flexibilidade a baixa temperatura. Suportam, por períodos de pequena duração , temperaturas da ordem dos 300 ~ 310 °C.

Apresentam resistência química a hidrocarbonetos alifáticos, aromáticos e clorados, óleos de silicone, óleos e massas minerais, combustíveis de prova de Referência A,B,C e D apresentando, após imersão de 70 h a 150 °C, aumentos de volume de 0 a 1 %, de 2 a 4 %, de 3 a 8 % e de 8 a 12 %, respectivamente. O aumento de volume nos óleos de Referência IRM 901, IRM 902 e IRM 903, nas mesmas condições mencionadas anteriormente, de 0 a 1 %, de 1 a 2 % e de 3 a 5 %, respectivamente.

Não são resistentes a solventes polares como acetona, metiletilcetona e acetato de etilo, fluídos de freio à base de glicol, ácido fórmico, ácido acético e ácido clorosulfônico.

Os compostos de FPM vulcanizados com peróxidos apresentam melhor resistência ao vapor do que os vulcanizados com difenol ou diamina. A resistência ao vapor aumenta com o conteúdo em flúor.

As borrachas FPM estão situadas no primeiro patamar das borrachas sintéticas devido, para além das propriedades já referidas e dos elevados valores mecânicos que apresentam, excelente resistência ao envelhecimento e ao ozônio.

A borracha fluorada tem um peso específico elevado (1,80 a 1,85) e é uma das borrachas mais caras existentes no mercado, factos que adicionados à elasticidade a baixas temperaturas nem sempre ser necessária, diminuem a sua utilização. Pelas exímias características que os fluoelastômeros apresentam eles são utilizados na produção de retentores de válvulas e de eixos de motores a combustão. Veja imagem abaixo:

Imagem 9 - Juntas de vedação dinâmicas para hastes de válvulas e eixos são feitas em FPM. Perceba que há uma mola nos retentores de válvulas. Nos retentores de eixo também há uma mola interna, sendo que em ambos os casos ela tem a função de compensar a carga radial exercida sobre eixo.


Estes foram apenas alguns exemplos de borrachas sintéticas utilizadas na indústria automobilística e na indústria geral.


Borrachas Inorgânicas


Quando o Polímero não possui átomos de Carbono na cadeia principal ele é considerado uma resina inorgânica, como é o caso do Silicone.

O Silício pertence à mesma família do carbono na Tabela Periódica, vindo no período logo após o do Carbono, sendo assim o Silício apresenta propriedades semelhantes às do Carbono e, portanto, pode se ligar a grupos orgânicos.

CURIOSIDADE: Frederick Stanley Kipping (1863 ~ 1949) é considerado o fundador da química do silicone. É por vezes referido que Berzeluis, em 1823, conseguiu isolar o Silício e juntamente com Wohler conseguiram sintetizar os primeiros clorosilanos.

Usando a “Grignard Chemistry” desenvolvida por Kipping, Dr. Eugene G. Rochow, da “General Electric Laboratories”, começou a trabalhar nos metilsilicones em 1938, tendo descoberto em 1940 o processo direto para a produção dos metilclorosilanos processo que envolve a reação do cloreto de metilo com Silício (obtido este através da redução do SiO2) na presença de um catalizador de Cobre, sendo o principal produto da reacção o dimetildiclorosilano que após purificação é hidrolizado obtendo-se uma mistura de polímeros lineares e cíclicos de baixo peso molecular. O hidrolizado era originalmente polimerizado com um catalizador ácido, sendo atualmente removidos os cíclicos numa etapa adicional de purificação. Este processo tornou os metilclorosilanos disponíveis a um custo razoável e tornou possível a actual indústria de Silicone.

Pulando mais pra frente na história, em 1958 a Rhône Poulenc registou a sua primeira patente. Era um polímero de silicone que vulcanizava com a humidade ambiente. Foi aí que nasceu os populares vedantes conhecidos, ainda hoje, pelo seu nome francês "mastics", ou em bom português "cola de silicone".


O Silicone tem como característica principal a cadeia polimérica de átomos de Silício e Oxigênio, em que os átomos de Silício transportam dois radicais orgânicos, preferencialmente radicais metilo. As propriedades especiais da borracha de Silicone estão relacionadas com a presença de pequenas quantidades de radicais vinilo, fenilo ou fluoroalquilo. Os vulcanizados de borracha de silicone distinguem-se pela:

-> Sua excepcional resistência ao calor;

-> Estabilidade a baixa temperatura

-> Flexibilidade a baixa temperatura

-> Excelente resistência ao Oxigénio, ozônio e radiação UV;

-> Boa rigidez dielétrica.


A borracha de Silicone tem uma cadeia polimérica que contém átomos de Silício e de Oxigénio, sendo as valências livres do átomo de silício neutralizadas pelos radicais orgânicos "R" como mostra a figura abaixo:

Fórmula estrutural 6


Existem vários tipos de borracha de silicone, sendo os mais comuns listados abaixo.


-> Borracha MQ: Foi o primeiro a ser produzido pela indústria. A borracha de Silicone MQ é um polimetilsiloxano que contém radicais metilo. Veja a fórmula abaixo:

Fórmula estrutural 7


-> Borracha VMQ: Com a introdução de alguns radicais vinilo na molécula de MQ obtemos a borracha metil-vinil-siliconica (VMQ), que vulcaniza mais rapidamente que a borracha MQ e cujos vulcanizados têm melhores características. Por este motivo a borracha de silicone mais utilizada é a borracha VMQ. Veja a fórmula abaixo:

Fórmula estrutural 8


-> Borracha PMQ: A borracha MQ tende a se torna rígida em temperaturas inferiores a -60°C. Se introduzirmos na molécula de MQ ou na molécula de VMQ alguns radicais fenilo, obtemos a borracha metil-fenil-siliconica (PMQ). Veja a fórmula abaixo:

Fórmula estrutural 9


-> Adicionando radicais vinilo na borracha PMQ temos a borracha metil-fenil-vinil-siliconica (PVMQ). Veja a figura abaixo:

Fórmula estrutural 10


CURIOSIDADE: Borrachas de PMQ ou PVMQ apresentam uma excepcional resistência a baixa temperatura mas uma menor resistência ao inchamento.


-> Borracha FMQ: As borrachas de MQ apresentam bom comportamento em acetona e diésteres mas mau comportamento (inchamento a 200%) em hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos. Substituindo na borracha MQ um radical metilo em cada átomo de Silício por um radical polar como o trifluorpropilo (-CH2CH2CF3), obtemos a borracha FMQ, que apresenta um inchamento reduzido (valores inferiores a 25%) nos hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos, porém um aumento do inchamento em acetona e diésteres. Veja a figura abaixo:

Fórmula estrutural 11


CURIOSIDADE: As diferentes borrachas de Silicone são frequentemente designadas simplesmente por “Q”.


Mais informações e utilidades sobre os compostos de borracha inorgânicos


1. A borracha VMQ é bastante utilizada para a fabricação de juntas de vedação dinâmicas, isto é, retentores. Este Silicone suporta temperaturas de -65 ºC a 150 ºC, é resistente à óleo e água e é utilizado principalmente para vedar óleos de motor. Apesar de ser bem menos durável e resistente que os retentores de PTFE (politetrafluoretileno) e FPM (fluoelatômero) utilizados pelas montadoras de automóveis, a borracha VMQ é muito mais barata e ainda pode ser encontrada no mercado.


2. A borracha VMQ faz parte do compósito utilizado na confecção de bolsas de air bags automotivos. Veja a imagem abaixo:

Imagem 10 - Vários Air Bags abertos (incluindo um de volante da Renault) com as inscrições PA6.6, bem como VMQ (também abreviado SI). Fotos tiradas em um laboratório do SENAI.

As borrachas, sejam naturais ou sintéticas possuem algumas propriedades que dificultam a sua utilização. Por exemplo, é comum das borrachas naturais tornarem-se duras e quebradiças no frio, enquanto no calor ficarem moles e pegajosas.

Por isso as borrachas precisam passar por um processo chamado de vulcanização, que foi descoberto em 1839 por Charles Goodyear. Trata-se da adição de enxofre, que rompe as suas ligações duplas e forma pontes de enxofre que ligam as cadeias laterais e tornam a histerese da borracha mais baixa (se ela for apertada, por exemplo, rapidamente ela irá voltar para seu formato original), baixa deformação permanente e grande elasticidade. Desse modo, a borracha pode ser usada para a fabricação de inúmeros produtos.

De forma resumida, a borracha vulcanizada possui mais resistência física e elasticidade do que a borracha “crua”.

Para ver mais sobre vulcanização de borrachas, acesse os PDF's abaixo:

SOBRE A VULCANIZAÇÃO
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Vulcanização com enxofre:

Vulcanização com Enxofre
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Vulcanização sem enxofre:

Vulcanização sem Enxofre
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Mas o que seria a histerese da borracha?

Observe o gráfico de histerese abaixo:

Gráfico 1 - Curva de histerese da borracha


Antes de explicar gráfico 1, é bom saber o que é resiliência da borracha. Esta propriedade é uma medida da aptidão da borracha para restituir, quando ocorre a recuperação elástica, a energia que lhe provocou a deformação. Quanto maior for a resiliência, maior é a quantidade de energia restituída. É habitual também dizer-se que é maior a “elasticidade” da borracha. Ou seja, se a borracha é pouco elástica, ao ser esticada além de seus limites ela dissipará a energia que provocou a deformação, permanecendo deformada então. Por este motivo que plásticos ao serem deformados não retornam ao seu formato normal, tendo uma elasticidade zero ou próxima de zero.

Se a borracha não retornar ao seu formato original é por que ela dissipou alguma quantidade de energia em forma de calor. Em outras palavras, quanto maior for a área entre a linha "esticada" e a linha "relaxada" do Gráfico 1, maior será a energia dissipada em forma de calor e menor será a elasticidade da borracha.

Em situações extremas, isto é, quando o componente de borracha não restitui praticamente nenhuma energia, a elevação de calor é tal, que conduz à sua destruição. Esta propriedade pode ser importante em muitas aplicações de natureza estática, mas é muito mais importante em aplicações de natureza dinâmica e especialmente nos casos de tensões dinâmicas de elevada frequência, em que a acumulação de energia observada ao fim de um certo número de ciclos pode também conduzir à destruição do componente.


CURIOSIDADE: Sistemas mecânicos que já estão a muito tempo em funcionamento sem manutenção, com borrachas de absorção de vibração e impactos expostas a intempéries (umidade, calor, poeira, óleos e outros líquidos) vão aos poucos perdendo a resiliência, abrindo fissuras e largando fragmentos até sucumbirem de vez e se romperem. É exatamente o que acontece com coxins de motores, buchas e coxins de suspensão dos veículos.


Aonde que entra a vulcanização nesse processo?

A vulcanização é a quebra de ligações químicas do composto com a criação de pontes de enxofre (ou outro material apropriado) para reduzir a histerese do elastômero e melhorar sua consistência em ampla faixa de temperatura. Basicamente a vulcanização faz pontes que aumentam as ligações de cadeias de átomos.

Em outras palavras, a vulcanização consegue diminuir ou aumentar a histerese da borracha, dando ou melhorando características elásticas dentro de uma faixa de temperatura específica de acordo com o polímero e os aditivos utilizados e também de acordo com a quantidade de agentes vulcanizantes adicionados no processo de produção. Veja o gráfico abaixo:

Gráfico 2 - Características do material de acordo com o grau de vulcanização


Este foi mais um capítulo da série sobre ciência e tecnologia dos materiais (CTM).

No próximo artigo será explicado o que são os termoplásticos elastômeros, um material que pode ser substituir a borracha em algumas aplicações.

Para mandar dúvidas, sugestões ou críticas construtivas ao blog, mande um e-mail para hardwarecentrallr@gmail.com.

FONTES e CRÉDITOS:


Texto: Leonardo Ritter

Imagens e gráficos: Google Imagens, Khan Academy, ctborracha; Rubberpedia; Brasil Escola.

Fontes: Rubberpedia (Manuel Morato Gomes); Brasil Escola (Jennifer Fogaça); SABÓ; ANIP (Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos); Khan Academy; ctborracha; Dutra Borrachas; Afinko Polímeros; AkroPlastic; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).


Última atualização: 31 de Maio de 2021.

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