Pra nós, basta olhar pra um objeto e dizer que ele possui plástico, borracha e ou metal em 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 características 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 TPU, de dielétricos de capacitores feitos em PP, PE, PC e até polímeros semicondutores 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), todavia, 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, entretanto, seus preços destoam das outras tecnologias mais defasadas, e essa falta de conhecimento do povo sobre 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 Vidro e ou Fibra de Aramida, porém, até hoje são conhecidas por todos como “juntas de amianto” ou “juntas de papelão de amianto”. Alongando mais esse tópico, é comum também vermos carros preparados para pista utilizarem buchas da suspensão feitas em TPE-U, no entanto, como o conhecimento técnico acaba por não se propagar e se fixar da forma como deveria, elas são chamadas popularmente de "buchas de PU".
Nesta série de artigos, com a concatenação de informações selecionadas em vários sites, escritas por vários autores, trago a explicação resumida sobre Plásticos e Borrachas e exemplos de vários materiais compósitos que são utilizados amplamente pela indústria química, automobilística, eletrônica e diversas outras, porém, com enfoque na eletrônica e mecânica.
Conhecido pela abreviação TPE, que significa “Termoplastic Elastomer”, os Elastômeros Termoplásticos nada mais são que um compósito feito de dois polímeros, sendo um de natureza rígida e outro de natureza elástica, normalmente incorporando aditivos (como por exemplo óleos parafínicos e cargas) e com a finalidade de serem uma alternativa as borrachas vulcanizadas.
Existem seis classes genéricas de TPEs comerciais (designações de acordo com ISO 18064):
→ Copolímeros de bloco estirênico, chamados de TPS ou TPE-s;
→ Elastômeros poliolefínicos termoplásticos, chamados de TPO ou TPE-O;
→ Vulcanizados termoplásticos, chamados de TPE-v ou TPV;
→ Poliuretanos termoplásticos, chamados de TPE-U ou TPU;
→ Copoliéster termoplástico, chamados de TPC ou TPE-C;
→ Poliamidas termoplásticas, chamados de TPA ou TPE-A;
→ Elastômeros termoplásticos não classificados, chamados de TPZ.
Na dia-a-dia normalmente o “E” é ignorado e as pessoas chamam de TPO, TPS, TPV, TPE, TPU e TPA.
O Elastômero Termoplástico virou realidade no mercado em 1959, quando a B. F. Goodrich e Mobay Chemical Company começaram a produção do TPE-U. Em 1965 foram desenvolvidos e comercializados pela empresa Shell Chemical Company os primeiros elastômeros termoplásticos, baseados na copolimerização em bloco de estireno e de butadieno. No início da década de 1970 foram desenvolvidos os copolímeros de copoliéster em bloco pela empresa Du Pont de Nemours. Ainda na mesma década uma ampla gama de TPEs entrou em cena.
Inicialmente borracha EPDM com Polipropileno foi feita pela empresa Uniroyal Chemical Company no final da década de 1970.
Em 1981, a empresa Monsanto Chemical Company introduziu os materiais termoplásticos vulcanizados (TPVs – Thermoplastic Vulcanizates). Estes materiais são produzidos no chamado “processo de vulcanização dinâmica”, em que é obtido um sistema de duas fases, sendo a fase de borracha dispersa finamente dividida numa fase contínua de poliolefina.
Em 1985, a empresa Du Pont introduziu os materiais que foram designados por borrachas processáveis por fusão (MPRs – Melt Processible Rubbers), material que é constituído por uma única fase.
Na década de 80 surgiram os elastômeros termoplásticos com poliamida. O início do desenvolvimento se deu pela americana Upjohn Company.
O uso mundial de TPEs chegou a 680.000 toneladas / ano em 1990.
Basicamente, existem atualmente sete grandes famílias de elastómeros termoplásticos. Os fatores comuns nestes tipos de materiais são:
→ A existência de um polímero de natureza elástica;
→ A existência de um polímero de natureza rígida.
Podemos também observar que nas cinco primeiras famílias, o nome é o do polímero constituinte da fase rígida:
Tabela 1
Para se qualificar como sendo do grupo dos elastômeros termoplásticos, um material deve ter estas três características essenciais:
→ A capacidade de ser alongado e, após a remoção do estresse, retornar a algo próximo à sua forma original;
→ Processável como um fundido em temperatura elevada;
→ Ausência de fluência significativa.
Todos os tipos de TPE diferenciam-se da borracha pela baixa resistência à temperatura e resistência química, além de menor flexibilidade e recuperação após compressão (Compression set).
Os TPEs podem ser facilmente coloridos e sobremoldados com boa adesão em vários termoplásticos. Entre as maiores vantagens dos Elastómeros Termoplásticos está o fácil processamento (custo de energia mais baixo x termoendurecíveis) via técnicas convencionais, como por exemplo:
→ A fabricação por moldagem por injeção é extremamente rápida e econômica. Tanto o equipamento quanto os métodos normalmente usados para a extrusão ou moldagem por injeção de um termoplástico convencional podem ser adequados para TPEs;
→ Os TPEs também podem ser processados por moldagem por sopro, calandragem por fusão, termoformação e soldagem por calor;
→ A moldagem por compressão raramente é usada.
CURIOSIDADE: Os TPEs podem ser impressos em 3D e têm se mostrado economicamente vantajosos para fazer produtos usando manufatura distribuída.
Quando a mistura de termoplástico + elastômero ocorre na fase de polimerização, o produto resultante é chamado de “composto” ou blenda, já na mistura mecânica o material obtido é chamado de blenda.
A principal característica dos TPEs é a moldabilidade e reprocessamento quando submetido à temperatura acima de sua temperatura de fusão, o que possibilita 100% de reciclagem destes materiais, podendo serem moldados, extrudados e reutilizados como plásticos, porém possuindo propriedades elásticas típicas de borrachas (que não são recicláveis devido às suas características de termofixa).
TPE-S
Antes de tudo, lembre-se que o estireno possui mil e uma funções na indústria. Talvez sua forma mais comum seja o Poliestireno Expandido (EPS), que é o famoso Isopor, nome comercial muito popular criado pela indústria química Knauf.
Boa parte das aplicações do Poliestireno também dá-se pela sua mistura com elastômeros, criando os TPE-S, entre eles os termoplásticos elastômeros com nome comercial Kraton e Styroflex.
Os materiais de estireno-butadieno possuem uma microestrutura bifásica devido à incompatibilidade entre o poliestireno e o polibutadieno, sendo que o primeiro se separa em esferas ou hastes dependendo da composição exata. Com baixo teor de poliestireno, o material é elastomérico com predominância das propriedades do polibutadieno. Geralmente, eles oferecem uma gama muito mais ampla de propriedades do que as borrachas reticuladas convencionais pois a composição pode variar para se adequar aos objetivos do projeto.
Os copolímeros em bloco são interessantes pois podem "separar-se em microfase" para formar nanoestruturas periódicas, como no copolímero em bloco de estireno-butadieno-estireno (SBS), cujo nome comercial é Kraton, sendo bastante utilizado em solas de sapatos e adesivos. Devido à estrutura microfina, um Microscópio Eletrônico de Transmissão (TEM) foi necessário para examinar a estrutura. A matriz de butadieno foi corada com tetróxido de ósmio para fornecer contraste na imagem. O material foi feito por “polimerização viva”, de forma que os blocos são quase monodispersos, ajudando assim a criar uma microestrutura bastante regular.
Imagem 1 - O peso molecular dos blocos de poliestireno é 102.000
CURIOSIDADE: O peso molecular destes compostos TPE-S varia entre 100.000 e 300.000 e encontra-se, em geral, mais perto do limite inferior. Quando o peso molecular é superior a 300.000, a elaboração destes materiais é muito difícil; abaixo de 100.000, as propriedades são fracas, nomeadamente a sua resistência mecânica.
A porcentagem de poliestireno não deve ser superior a 30%, para que predomine o caráter elástico da fração flexível.
O espaçamento entre os domínios foi confirmado por espalhamento de raios X de baixo ângulo, uma técnica que fornece informações sobre a microestrutura.
Uma vez que a maioria dos polímeros são incompatíveis uns com os outros, formar um polímero em bloco geralmente resultará na separação de fases, e o princípio tem sido amplamente explorado desde a introdução dos polímeros em bloco SBS, especialmente onde um dos blocos é altamente cristalino. Uma exceção à regra de incompatibilidade é o material de nome comercial Noryl, onde o poliestireno e o óxido de polifenileno (PPO) formam uma mistura contínua um com o outro.
CURIOSIDADE: O Noryl consiste em misturas amorfas de óxidos de Polifenileno (PPO) ou Éther de Polifenil (EPI) com Poliestireno. Combinam os benefícios inerentes à resina EPI (alta resistência ao calor, boas propriedades de isolamento elétrico e excelente estabilidade hidrolítica), com excelente estabilidade dimensional, boa capacidade de processamento e baixa densidade.
O Noryl foi originalmente desenvolvido em 1966 pela General Electric Plastics (hoje propriedade da SABIC). NORYL é uma marca registrada da SABIC Innovative Plastics IP B.V.
Resinas NORYL são um raro exemplo de uma mistura homogênea de dois polímeros. A maioria dos polímeros são incompatíveis uns com os outros, por isso tendem a produzir fases separadas quando misturados. A compatibilidade de dois polímeros nas resinas NORYL deve-se à presença de um anel de benzeno nas unidades repetidas de ambas as cadeias.
CURIOSIDADE: Kraton é o nome comercial dado a vários elastômeros de alto desempenho fabricados pela Kraton Polymers. Kraton D (SBS e SIS) e suas versões seletivamente hidrogenadas Kraton G (SEBS e SEPS) são as principais estruturas poliméricas vendidas sob o nome Kraton.
Os polímeros mais comuns com nome comercial Kraton são copolímeros em bloco de estireno (SBC) que consistem em blocos de poliestireno e blocos de elastômero polibutadieno, poliisopreno ou seus equivalentes hidrogenados. O tri-bloco com blocos de poliestireno em ambas as extremidades ligadas entre si por um bloco de borracha é a estrutura de polímero mais importante observada num SBC. Por exemplo, se o bloco de borracha consistir em polibutadieno, a estrutura tri-bloco correspondente é poli (bloco de estireno-butadieno-bloco-estireno), geralmente abreviado como SBS.
CURIOSIDADE: Outro nome comercial famoso é o Styroflex, que também representa materiais feitos a base de copolímeros em bloco de estireno (SBC).
É comum chamar de "capacitores Styroflex" os capacitores de plástico feitos com filme de poliestireno, no entanto, assim como o Kraton, Nylon / Tecalon, Kevlar e Teflon, Styroflex é apenas um nome comercial que representa uma família de materiais que possuem a mesma base química.
A temperatura de transição vítrea (Tg) dos blocos de polibutadieno é tipicamente −90 °C e a Tg dos blocos de poliestireno é +100 °C. Portanto, a qualquer temperatura entre cerca de -90 °C e +100 °C, o Kraton SBS atuará como um elastômero fisicamente reticulado. Se os polímeros de Kraton forem aquecidos substancialmente acima da Tg dos blocos derivados de estireno, isto é, acima de cerca de 100 °C, as ligações cruzadas físicas mudam de regiões vítreas rígidas para regiões de fusão e todo o material flui e portanto, pode ser fundido, moldado ou extrudado em qualquer forma desejada.
No resfriamento, essa nova forma retoma seu caráter elastômero. Esta é a razão pela qual esse material é chamado de elastômero termoplástico (TPE). Os blocos de poliestireno formam domínios de tamanho nanométrico na microestrutura e estabilizam a forma do material moldado. Dependendo da razão borracha para poliestireno no material, os domínios de poliestireno podem ser esféricos ou formar cilindros ou lamelas.
Veja os desenhos abaixo:
Imagem 2 - Poliestireno formando domínios cilíndricos
Imagem 3 - Poliestireno formando lamelas
Os polímeros de Kraton hidrogenados chamados Kraton G exibem grande resistência à temperatura (o processamento a 200 ~ 230 °C é comum), à oxidação e aos raios UV. SEBS e SEPS devido à sua natureza de borracha poliolefínica apresentam excelente compatibilidade com poliolefinas e óleos parafínicos.
O SEBS pode ser encontrado em veículos também. As mangueiras utilizadas nos esguichos do sistema lava para-brisa geralmente são confeccionados em SEBS e costumam ser mais rígidas e duráveis que mangueiras com as mesmas dimensões feitas em borracha vulcanizada.
Carcaças de equipamentos eletrônicos domésticos podem ser construídas utilizando-se TPE-S. Toda a vez que ver um componente plástico com código de composição química ">PS-HI<" ou ">HIPS<" saiba que está olhando para um poliestireno misturado com polibutadieno ou estir-butadieno.
A versão de Alto Impacto do Poliestireno (HIPS - High Impact PoliStyrene) é obtida a partir do acréscimo de um elastômero à sua versão cristal granulada (GPPS). Geralmente é utilizado um dos dois materiais descritos no parágrafo anterior, pois eles oferecem mais propriedades de resistência ao compósito. Deste modo, perde-se transparência e dá-se um aspecto leitoso ao PS, porém, com uma grande possibilidade de cores.
O teor de elastômero inserido no material varia de 5% a 10%. O material é incorporado através de mistura mecânica ou diretamente pela polimerização. Variando o teor de elastômero que é incorporado ao polímero, tem-se os poliestirenos de médio e alto impacto.
No processo de fabricação, a adição mecânica consiste na mistura do elastômero por intermédio do moinho de dois rolos, tipo “bunbury”, ou em uma extrusora (de preferência com duas roscas). O processo pode ainda ser feito por grafitização (copolímero enxertado), ou seja, com a aplicação do grafite.
Na fase de polimerização, o material é processado por meio de aquecimento e, durante o processo, ocorre a formação de partículas microscópicas de borracha, que se dispersam na matriz do PS e alteram as propriedades mecânicas do termoplástico, aumentando a resistência ao impacto e a resistência química sob tensão (environmental stress cracking).
Como exemplo de uso do HIPS posso citar peças estruturais, de proteção e de acabamento de impressoras, como é o caso da HP DeskJet Ink Advantage 2136, com sua tampa interna mostrada na imagem abaixo:
Imagem 4 - Note na parte interna inferior da tampa a inscrição ">PS-HI<"
Outro exemplo de uso do HIPS é a estrutura interna dos Drives de CD e DVD de computadores de mesa. Veja a imagem abaixo e perceba que por dentro da carcaça metálica externa há uma grande estrutura em HIPS onde são montadas as placas de circuito, a mesa metálica do bloco óptico, bem como estruturas mecânicas complementares construídas com outros compósitos:
Imagem 5 - Estrutura polimérica interna do Drive de mídias ópticas
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No HIPS também pode ser adicionado um retardante de chamas (FR- Flame Retardant), aumentando assim a estabilidade do equipamento como um todo durante altas temperaturas de operação ou até mesmo durante um super aquecimento. É o caso da tampa traseira duma TV Samsung LN32D550K7G mostrada na imagem abaixo, que é composta por HIPS-FR(17):
Imagem 6 - Tampa traseira de TV feita em HIPS com 17% de FR
Para saber mais sobre retardantes de chama, leia o Capítulo 4 desta série de artigos sobre plástico e borracha.
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TPE-A e TPE-C
Outros Elastômeros Termoplásticos têm domínios cristalinos onde um tipo de bloco co-cristaliza com outro bloco em cadeias adjacentes, como em borrachas de copoliéster, obtendo o mesmo efeito que nos polímeros de bloco SBS. Dependendo do comprimento do bloco, os domínios são geralmente mais estáveis do que outros Elastômeros Termoplásticos devido ao ponto de fusão do cristal mais alto. Esse ponto determina as temperaturas de processamento necessárias para dar forma ao material, bem como as temperaturas de uso do produto. Tais materiais incluem o Du Pont Hytrel, um TEEE feito de copolímero de poliéster-poliéter e o Arkema Pebax ou Evonik Vestamid, nomes comerciais do PEBA, um copolímero de bloco obtido por policondensação de um ácido carboxílico de poliamida (PA6, PA11 ou PA12) com um álcool de poliéter de terminação (politetrametileno glicol - PTMG ou PEG).
CURIOSIDADE: O PEBA (Poliéter Block Amide) é utilizado para substituir elastômeros, como por exemplo TPUs, elastômeros de poliéster e silicones pelas seguintes características:
→ Menor densidade entre os TPEs;
→ Propriedades mecânicas e dinâmicas superiores (flexibilidade, resistência ao impacto, elasticidade, resistência à fadiga);
→ Mantém as propriedades em baixa temperatura (inferior a -40 ° C);
→ Boa resistência contra uma ampla gama de produtos químicos. No entanto, é sensível à degradação por UV.
CURIOSIDADE: O TEEE (Thermoplastic Elastomer Ether Ester) é um TPC-ET, possuindo boa elasticidade, excelente resistência à compressão e deformação, bem como resistência à hidrólise. O TEEE difere dos TPSs, TPOs e TPUs, entre outros, em muitos aspectos e está disponível em durezas Shore-30D até Shore-82D. Propriedades especiais, como a resistência a radiação UV, resistência ao fogo e à temperatura podem ser melhorados com a adição de concentrados TEEE.
Um exemplo de utilização do TEEE é em coifas de caixas de direção de automóveis, como pode ser visto na imagem abaixo:
Imagem 7 - Coifas utilizadas nas pontas de caixas de direção, sejam elas mecânicas, hidráulicas, elétricas ou eletro-hidráulicas o uso é necessário para proteger os componentes internos do sistema.
O TEEE também pode ser utilizado em coifas de homocinética e coifas de trizeta dos semi-eixos.
TPE-O e TPE-V
Este tipo de elastômero termoplástico deve-se ao desenvolvimento da chamada vulcanização dinâmica, pelos franceses, Dr. A. Y. Coran e R. Patel. Esta técnica consiste em efetuar a dispersão de uma borracha não vulcanizada numa poliolefina no estado de fundida, operação que é efetuada com esforços de corte muito bem controlados, até se atingir o grau desejado de divisão e de dispersão das partículas de borracha. Sem interromper este processo de mistura, são adicionados os ingredientes de vulcanização da borracha, vindo a vulcanização a ocorrer durante este processo de mistura e dispersão.
Com este processo de vulcanização do TPE há uma melhoria muito substancial das propriedades do material obtido, como se mostra na tabela abaixo, em que se comparam as propriedades de um TPE-O, à base de PP/EPDM (não vulcanizado) e um TPV PP/EPDM com dois diferentes estados de vulcanização).
Tabela 2 - Comparação entre um TPE-O e um TPE-V
A partir da descoberta deste processo de vulcanização foi possível desenvolver uma série de elastômeros termoplásticos com outras borrachas, nomeadamente borracha natural (NR), borracha nitrílica (NBR), borracha clorobutílica (CIIR) e com o Polipropileno como polímero da fase rígida, bem como um elastômero termoplástico à base de borracha de silicone (Q) com uma matriz rígida de poliamida ou de poliéster. Veja a tabela 1 para se situar entre os tipos de termoplásticos elastômeros.
Uma curiosidade é que este material não precisa ter uma consistência borrachosa, mas sim pode ser produzido tão rígido quanto o já descrito TPS HIPS. Recentemente me deparei com uma unidade de refrigeração de uma carreta câmara fria cujas carenagens plásticas são feitas de TPO:
Imagem 8 - Nas portas desta Carrier Vector 8500 há genericamente a inscrição ">TPO<"
A grande diferença para um TPV (Termoplástico elastômero vulcanizado) composto de PP+EPDM é que no TPO - também feito de PP+EPDM ou PP+EPM - há mais concentração de Polipropileno e não há o processo de vulcanização.
Já um TPV pode se mostrar bem mais flexível e elástico, como é o caso dessas coifas presentes na tomada de ar dos caminhões:
Imagem 9 - Esta peça é de um Volkswagen Meteor. ">SANTOPRENE<" é o nome comercial da Celanese Corporation para seus produtos TPV PP+EPDM
A cabine dos caminhões "cara-chata" (ou Cab Over Engine) possui suspensão (seja ela pneumática, helicoidal ou, raramente, feixe) e a tomada de ar do motor pode estar em cima dela, sendo assim, a interface feita entre a tubulação de ar fixa no chassi e sua continuação até o topo do veículo é feita por esta sanfona de TPV. Em alguns veículos ela pode ser encontrada confeccionada em puro EPDM.
CURIOSIDADE: Há alguns compósitos de PP+EPDM onde se torna mais difícil identificar se é um TPO ou TPV. É o caso de alguns para-lamas que não são feitos apenas de Polipropileno com aditivo mineral. Tal qual no exemplo da imagem abaixo, sua textura é tão "plástica" quanto os outros, porém, há uma porcentagem de EPDM, o que nos leva a crer que seja um TPO...
Imagem 10 - Em semi-reboques da marca Gotti é comum para-lamas feitos de PP+EPDM
TPE-U
Estes polímeros são constituídos por sequências de moléculas com características elásticas, flexíveis e amorfas combinado com segmentos rígidos.
→ A fase elástica pode ser feita com o poliéster (como o poliadipato de polietilenoglicol) ou o poliéter (como o polibutilenoglicol ou polipropileneglicol);
→ A fase rígida é formada por uma alta densidade de grupos de uretano, produzidos pela reação de um di-isocianato com um glicol de cadeia curta.
Os TPE-Us contêm segmentos lineares flexíveis enovelados e rígidos empacotados, capazes de fundir como um termoplástico sem degradação das ligações uretânicas. São essencialmente cadeias lineares de massa molecular da ordem de 15.000 a 40.000 e possuem temperatura de transição vítrea (Tg) abaixo de 0 °C. São geralmente produzidos com polióis de massa molecular médio entre 600 e 4.000, bem como extensores de cadeia com massa molecular entre 61 a 400.
CURIOSIDADE: As propriedades do Poliuretano podem ser alteradas através da variação do tipo ou da quantidade das três substâncias básicas de sua produção: di-isocianato, glicol de cadeia curta e glicol de cadeia longa.
Alterando estas características o PU pode ser um elastômero ou um plástico. Via de regra, quanto maior a quantidade de isocianato, mais rígido, podendo formar o Poliisocianurato (PIR) ou a versão híbrida "PUIR". Entre os di-isocianatos, são destaques os “famosos” difenilmetano diisocianato (MDI) e hexametileno diisocianato (HDI).
Um Poliuretano é:
→ Um elastômero, no caso do tecido sintético conhecido como "Lycra" (onde cerca de 85% da composição é PUR) ou no caso de espumas de poliuretano (PUR) utilizadas na confecção de estofamento de veículos, como mostra a imagem abaixo:
Imagem 11 - O Poliuretano (PUR) é utilizado na confecção de espumas e tecidos
→ Um plástico, no caso de espumas de vedação rígidas PUR, PIR ou PUIR utilizadas em estruturas metálicas ou então em componentes de carros, como é o caso do desconhecido e problemático batente do pedal da embreagem utilizado na linha Renault (CLIQUE AQUI para saber mais!). Recentemente, me deparei com um VW Constelation 2022 cujo para-lama das rodas dianteiras é confeccionado em Poliuretano reforçado com 17% de fibra de vidro (PUR-GF17):
Imagem 12 - É um tanto incomum peças deste tipo serem produzidas com tal material. Geralmente optam por utilizar PP+TD, UP+GF ou até PEHD
CURIOSIDADE: Comumente o Poliuretano é abreviado pela sigla “PU”, entretanto, a sigla “PUR” é o padrão adotado pela IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada).
Os grupos uretano apresentam, devido às suas características polares, fortes interações entre eles e também pelo estabelecimento de pontes de Hidrogênio entre os grupos NH e CO. Por este fatos, constituem à temperatura ambiente domínios rígidos que atuam simultaneamente como agentes reticulastes e também como elementos auto-reforçantes. Os tipos comerciais de elastômeros termoplásticos de uretano diferenciam-se pela natureza das fases elástica e rígida e pela proporção relativa destas fases.
Obviamente uma maior proporção de elementos rígidos aumenta a dureza e diminui a flexibilidade, em especial a baixas temperaturas. Por outro lado, aumenta o ponto de fusão, o que permite estender a sua utilização a temperaturas mais elevadas. Maior proporção da fase elástica proporciona melhor resistência à tração, à abrasão, ao rasgo e a óleos minerais. Comparando os elastômeros termoplásticos de uretano de fase elástica poliéster com os de fase elástica poliéter, podemos dizer que estes últimos apresentam melhor flexibilidade a baixas temperaturas e melhor resistência à hidrólise.
CURIOSIDADE: O TPE-U de poliéter é mais resistente à hidrólise e geralmente tem temperatura de transição vítrea mais baixa, enquanto o de poliéster têm resistência melhor à óleos e combustíveis.
Devido à diversidade de combinações de segmentos flexíveis e rígidos podem ser formulados como materiais diferentes, desde os elastômeros macios e flexíveis (materiais elásticos que preenchem a lacuna entre plásticos e borrachas), aos plásticos duros com alto módulo.
CURIOSIDADE: O Poliuretano é um termofixo, entretanto, com a adição em maior grau de um poliol ele se torna um TPE-U termoplástico, da mesma forma que ocorre com os TPE-Vs, que mesmo possuindo borrachas termofixas vulcanizadas, são materiais termoplásticos por terem poleolefinas em sua composição.
Os TPE-Us podem ser processados através de técnicas comuns entre os termoplásticos, como por exemplo moldagem por injeção, extrusão e sopro, sendo recomendada a sua secagem antes do uso até que obtenha menos de 0,05% de umidade, o que pode levar de 3 a 6 horas entre 90 e 110 °C dependendo da dureza do material.
O processamento de TPE-U requer atenção à velocidade da rosca da injetora / extrusora e da temperatura do canhão tendo em vista sua alta viscosidade, já que uma temperatura muito baixa e ou velocidade alta de rosca pode causar degradação por cisalhamento, além disso, qualquer ponto frio (principalmente no bico de injeção) pode ser um grande problema resultando em entupimento. Segue abaixo uma tabela de temperaturas do processo de injeção:
Tabela 3 - Temperaturas no processo de produção do TPE-U de acordo com a Dureza Shore requerida
É comum realizarem um pós-tratamento (cura) na peça de TPE-U com o objetivo de melhorar o desempenho do produto, esse tratamento consiste em manter a peça em estufa por um determinado período conforme a tabela abaixo:
Tabela 4 - Condições do pós-tratamento em estufa para se atingir a dureza necessária da peça feita em TPE-U
Características dos TPE-Us em geral:
→ Aumento de dureza através da adição de materiais como fibra de vidro (GF ou GB) e Talco (T);
→ Boa resistência à óleos, solventes, oxidação e ozônio;
→ Resistente a ação de microorganismos;
→ Boa resistência à hidrólise;
→ Enfraquecimento de propriedades em temperaturas baixas e altas.
O mercado de peças paralelas geralmente fornece batentes de amortecedor bastante rígidos feitos em PUR. São aqueles famosos blocos cilíndricos de cor 'amarelo-abóbora' que vão encaixados na haste do amortecedor, junto da coifa de proteção. No entanto, estes coxins de PUR tem algumas deficiências, como o aparecimento de trincas com o passar do tempo, pois eles não são tão elásticos quanto a borracha homologada pelo fabricante e tendem a se degradar mais rápido. A situação muda completamente quando falamos de PUR com predominância de polóis Poliéster ou Poliéter em relação ao Isolcianato.
Apesar disso, alguns fabricantes de carros disponibilizam para o mercado de reposição tais batentes de PUR, como é o caso da Ford:
Imagem 13 - Batente de PUR utilizado no Focus de segunda geração
Após alguns anos de uso o resultado é, na melhor hipótese, este:
Imagem 14 - A degradação de um batente de amortecedor feito em PUR
Outro exemplo da durabilidade limitada de um coxim de PUR é em TVs de tela plana!
Como o alto-falante gera vibrações no espectro audível, em algumas faixas de intensidade sonora e de frequências sonoras pode haver também a geração de ruídos que provoquem a trepidação da caixa de som. Como a(s) caixa(s) de som são fixadas ao chassi metálico da TV, é necessário absorvedores de vibrações, ou seja, coxins elásticos. Em algumas TVs, como é o caso do modelo Samsung LN32D550K7GXZD, a interface entre cada uma das duas caixas e a estrutura é composta por dois coxins de PUR, como vemos na imagem abaixo:
Imagem 15 - Coxins elásticos de uma TV Samsung produzida em meados de 2011
Após 10 anos de uso, o desmantelamento da TV - que diga-se de passagem estava com o display LCD defeituoso - revela o esfarelamento dos coxins de PUR que sustentam os alto-falantes.
Um uso comum para o TPE-U é em mangueiras de sistemas pneumáticos de caminhões. Sim, anteriormente vimos que é quase padrão o uso de PA6 ou PA12 na confecção de dutos flexíveis de veículos pesados, todavia, o TPE-U é mais comum em mecanismos secundários, como por exemplo sistema pneumático de abertura e fechamento da válvula de bottom loading e da válvula de fundo de tanques rodoviários que transportam combustíveis. Veja abaixo a imagem de uma mangueira de TPE-U:
Imagem 16 - Mangueira de TPE-U para sistema pneumático
O TPE-U é muito utilizado na confecção de buchas e coxins para o sistema de suspensão dos veículos automotores. É comum carros preparados pra competição serem modificados e utilizarem "buchas de PU" (sendo que na verdade é TPE-U), o que torna estas buchas mais duras que as originais (geralmente de borracha) utilizadas pelo fabricante, no entanto, neste caso há uma maior durabilidade e melhoria no desempenho quando se trata de estabilidade...
Mas do que são feitos os coxins de amortecedor e buchas de bandeja originais de fábrica? Para saber mais sobre o assunto, CLIQUE AQUI!
Em resumo, a grandiosa diferença do ponto de vista químico entre o PUR e o TPE-U são as proporções de cianato e polióis. Uma maior concentração de Isocianato significa uma maior dureza e um produto final termofixo, geralmente. Já uma maior concentração de polióis, sejam eles Poliéster ou Poliéter, resulta em uma maior flexibilidade e densidade do material, que pode se tornar termoplástico devido à redução de cianato.
Os TPEs são usados onde os elastômeros convencionais não podem fornecer as propriedades físicas necessárias ao produto. Esses materiais encontram grande aplicação no setor automotivo e no setor de eletrodomésticos. Cerca de 40% de todos os produtos TPE são usados na fabricação de veículos.
Os termoplásticos também cresceram na indústria de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) devido à função, custo-benefício e adaptabilidade para modificar resinas plásticas em uma variedade de tampas, ventiladores e invólucros. O TPE também pode ser usado em dispositivos médicos, revestimento de cabos elétricos e isolamento interno e alguns cabos de fones de ouvido.
Se ficou com alguma dúvida ou quer dar alguma sugestão de conteúdo, entre em contato pelo e-mail hardwarecentrallr@gmail.com.
FONTES e CRÉDITOS
Texto: Leonardo Ritter.
Imagens e tabelas: Google Imagens, Dutra Borrachas e tudosobreplasticos.com;
Fontes: Dutra Borrachas; Mundo Educação (Jennifer Fogaça); SABÓ; ctborracha.com; Afinko Polímeros; Rubberpedia (Manuel Morato Gomes); Wikipedia (Somente artigos com fontes verificadas!).
Alguns trechos desta publicação foram construídos através da concatenação / resumo de informações do site Rubberpedia, gerido pelo criador de conteúdo Manuel Morato Gomes. Os textos originais podem ser recuperados diretamente de http://www.rubberpedia.com/.
Última atualização: 28 de Março de 2024.