• Drano Rauteon

CTM - Borracha e Plástico: O que são? (Parte 4)

Atualizado: há 2 dias

Pra nós, basta olhar pra um objeto e dizer que ele possui plástico, borracha e 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 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 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”.

Nesta série de artigos, com a concatenação de informações selecionadas em vários sites, escritas por vários autores, trago a explicação resumida sobre Fibras, 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.


OBSERVAÇÃO: Este é um complemento do Capítulo 1, 2 e 3 sobre plásticos e borrachas.

Estado amorfo e semi-cristalino


Os polímeros em estado sólido possuem uma estrutura a qual depende do modo como suas cadeias moleculares estão arranjadas. Em função deste arranjo de cadeias, é possível definir duas classificações de estruturas, comumente chamadas de 'fase', sendo elas:

-> Fase amorfa: Que possui cadeias desordenadas;

-> Fase cristalina: Cadeias que se encontram em um arranjo tridimensional ordenado.


Portanto, tecnicamente não existe polímero totalmente cristalino, uma vez que mesmo uma fase cristalina apresenta pequenas regiões amorfas e, por isso, eles são classificados como semicristalinos ou amorfos.

Veja a imagem abaixo:

Imagem 1 - Polímeros amorfos e semi-cristalinos


Existem modelos que explicam a morfologia dos materiais poliméricos. Um dos mais antigos modelos é o de “Micela Franjada” e o atual é o de “Cadeias Dobradas”.

-> Micela Franjada: Os polímeros são constituídos por duas fases: pequenos cristalitos formados por segmentos moleculares de diferentes cadeias alinhados uns aos outros, dispersos em matriz amorfa. Porém, este modelo não explica a existência de monocristais poliméricos nem de esferulitos (estruturas formadas no processo de cristalização a partir de núcleos individuais que se desenvolvem radialmente).

-> Cadeias Dobradas: Apresenta os polímeros formados por lamelas que constituem os cristais. Nestes, as cadeias estão orientadas na direção normal à superfície das lamelas, dobradas de forma regular sobre si mesmas dentro do cristal.


São diversos fatores que afetam a cristalização, e em muitas situações práticas há mais de um fator contribuindo a cristalização ou não de um material. Entres os fatores que afetam a cristalização de um polímero estão:


-> Estrutura química do polímero (tamanho de cadeia, elementos químicos presentes, radicais químicos presentes, etc);

-> Presença de impurezas/aditivos: agentes nucleantes, cargas inorgânicas, pigmentos, contaminações, etc;

-> Condições de processamento do material: taxa de aquecimento e resfriamento do mesmo, posterior tratamento térmico;

-> Solicitações mecânicas.


Nem todos os polímeros amorfos são elastómeros. Alguns são plásticos, dependendo a classificação da temperatura de transição vítrea (Tg) definida como a temperatura acima da qual um polímero se torna mole e dúctil e abaixo da qual se torna duro e quebradiço (tipo vidro).

Podemos dizer, como regra geral só aplicável a polímeros amorfos, que um polímero amorfo que tenha uma Tg inferior à temperatura ambiente será um elastómero, enquanto que um polímero amorfo que tenha uma Tg superior à temperatura ambiente será um plástico.


Veja a imagem abaixo:

Complemento 1 - Os "crosslinks" são as ligações cruzadas feitas no processo de vulcanização do elastômero


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, já que a borracha 'crua' consegue ficar mole e pegajosa em dias mais quentes e dura e quebradiça em dias mais frios. Basicamente a vulcanização faz pontes que aumentam as ligações de cadeias de átomos, diferente do plástico, que possui cadeias ligadas por forças eletrostáticas.


CURIOSIDADE: O polietileno de baixa densidade (PELD) é um plástico e apresenta um estrutura polimérica amorfa por causa de pequenas “pontas soltas” (conhecidas como ramificações) que impedem das cadeias se aproximarem e organizarem, consequentemente há um espaço muito grande entre cada cadeia e a densidade do polímero diminui. Já o polietileno de alta densidade (PEHD) tem cadeias poliméricas quase totalmente livres de ramificações (sempre tem um ou outra para atrapalhar, mas em menor quantidade) e assim as cadeias podem se aproximar mais e o material fica mais denso.


CURIOSIDADE: O Poliéster pode ser tanto semi-cristalino quanto amorfo. Em objetos rígidos, como por exemplo garrafas PET ou carcaças de componentes automotivos feitas de PBT-GF é requerido Poliéster em estado semi-cristalino. Já em aplicações onde é necessário elasticidade, como por exemplo em malhas náuticas ou em TPE-Us, é utilizado o Poliéster amorfo.


Resumindo o que foi escrito até aqui, na estrutura amorfa, não existe qualquer ordenamento espacial dos átomos ou moléculas que constituem o material. Na estrutura cristalina existe um completo ordenamento espacial dos átomos e moléculas que constituem o material. Na estrutura semi-cristalina há regiões amorfas.


CURIOSIDADE: É num estado amorfo causado por aquecimento que o polímero com negro de fumo presente num PPTC (Fusível rearmável) reduz a passagem de corrente elétrica. Para saber mais sobre Fusíveis e PPTCs, CLIQUE AQUI!


CURIOSIDADE: O elastômero de policloropreno tem uma tendência acentuada para a cristalização. Este processo baseia-se na tendência à formação de cristais na macromolécula e é notável um endurecimento mais ou menos forte durante a conservação da borracha, da mistura crua (sem vulcanizar) ou do vulcanizado à temperatura ambiente (porém o efeito é mais intenso à baixas temperaturas).

A tendência à cristalização é maior na borracha ainda não trabalhada, podendo ser diminuída com a introdução de plastificantes ou outros materiais adequados. O endurecimento provocado pela cristalização só é uma vantagem para a fabricação de colas de contato / vedação, preferindo-se, neste caso, os graus com forte tendência à cristalização.

A cristalização é uma propriedade inerente às borrachas de policloropreno, embora uns tipos cristalizem mais rapidamente do que outros. À medida que a cristalização se desenvolve, ocorre uma pequena diminuição de volume, e a amostra sob tensão tende a relaxar e a alongar na direção da tensão.

A cristalização não ocorre em altas temperaturas pois as forças de orientação são dominadas pelo movimento molecular vigoroso. A cristalização é um fenômeno completamente reversível, bastando aquecer a amostra cristalizada a uma temperatura superior àquela á qual ocorreu a cristalização para que esta desapareça e o material volte a ter sua maciez e flexibilidade.


CURIOSIDADE: Quando um feixe de luz de determinada intensidade "IO" incide num material, uma parte deste feixe de luz atravessa o material. É a chamada intensidade transmitida "IT", porém uma parte do feixe luminoso é absorvida pelo material, sendo chamada de "IA" e uma outra parte do feixe é refletida, chamada de "IR".

Esta interação da luz com o material tem a ver com a sua estrutura ser amorfa, semi-cristalina ou cristalina, dando a característica de ser transparente, translúcido ou opaco, respectivamente.

Já que o assunto é luz, neste texto será explicado mais sobre radiação UV e aditivos "anti-UV".

Vamos começar por algo que engloba tudo, e depois explicar suas partes...


Compósitos


A indústria atual requer cada vez mais materiais com características específicas, onde é necessário uma determinada rigidez dielétrica, uma determinada rigidez física, uma determinada flexibilidade e elasticidade, uma determinada absorção, distribuição e resistência ao calor e à luz, dentre vários outras propriedades... E foi assim que surgiram os compósitos!

Um compósito é a mistura de dois ou mais materiais diferentes que, com suas características combinadas, formam um novo material com propriedades superiores e específicas para determinadas aplicações.

Agora precisamos conhecer a estrutura básica de um compósito:


Um polímero pode ser um aglutinante. Um aglutinante é uma cola, um agente de ligação, que pode ligar fibras, pó de enchimento e etc. No caso de uma peça de um veículo feita em PA66-GF35, temos a Poliamida em forma de resina sendo o aglutinante para material de reforço, que no caso é os 35% de lã de vidro adicionados, fazendo uma peça do tipo PRFV (plástico Reforçado com Fibra de Vidro).

O mesmo ocorre com uma peça feita em PP-T40, onde o aglutinante Polipropileno é reforçado com 40% de Talco para gerar uma peça moldada com determinado grau de rigidez física, rigidez dielétrica...


Sendo o aglutinante uma 'cola', aquelas gambiarras que eu e você fazemos utilizando lã de algodão com Super Bonder (etil-cianoacrilato com aditivações) seguem a mesma lógica. O Super Bonder é o aglutinante que fará a ligação entre as fibras de algodão, tornando-se uma peça resistente e sólida.

Partindo desse raciocínio, tanto a peça em PA66-GF35, quanto a de PP-T40, quanto a gambiarra de Super bonder e Algodão são chamados de "composites" (compósitos).


No PA66-GF35, a resina de Poliamida é a matriz e a lã de vidro é o reforço (também chamada de 'fase dispersa').

No PP-T40, a resina de Polipropileno é a matriz e o Talco é o reforço.

Na gambiarra, o Super Bonder é a matriz e o Algodão é o reforço.

Numa correia feita em PA66 / EPDM, a resina EPDM é a matriz e a malha de fibra de poliamida é o reforço;

→ Numa correia dentada de HNBR / PA66 / GF, a resina de borracha HNBR é a matriz e a malha de fibra de poliamida somada com a malha de fibra de vidro são os reforços.

→ Numa peça feita em PP+EPDM-MD20, as resinas de Polipropileno e borracha EPDM formam um TPE-O ou TPE-V, que é a matriz. O MD é o reforço.


Você verá mais sobre retardantes de chama (FR ou MD) se continuar lendo este texto...

 

Resina


Resina sintética é uma substância viscosa produzida em laboratório e que pode ser moldada (plástico) e virar um sólido.

Ou seja, de forma simples, podemos definir a resina como um 'líquido' que pode ser moldado e dar origem a um objeto. E se tratando de termoplásticos, o objeto pode ser derretido e voltar ao estado de resina, sendo moldada novamente para dar origem a outro produto.

Veja mais sobre termoplásticos e termorígidos no Capítulo 2 desta série!


Existem também as resinas naturais, isto é, as secreções retiradas da natureza, como por exemplo o Latex, utilizado na produção de borracha natural.


Sendo assim, uma resina também pode ser moldada em finos fios, que são chamados de "Fibras".

 

Mas o que são fibras?


As fibras são materiais muito finos e alongados, como filamentos, que podem ser contínuos ou cortados. Podem ser de comprimento limitado (fibras em sentido estrito) ou praticamente indefinido (filamentos). Podem estar isoladas ou agrupadas em blocos. As fibras usadas na manufatura são classificadas conforme a sua origem, que pode ser natural, artificial ou sintética.


Fibras Naturais


São as fibras retiradas prontas da natureza, podendo ser de origem vegetal ou animal:

-> Nas fibras de origem vegetal temos as chamadas “fibras semente”, sendo as mais comuns o Algodão (CO), o Linho (CL), Rami (CR) e a Juta (CJ);

-> Nas fibras de origem animal, temos a Seda (SK ou S), Mohair (WM), Caxemira (WK) e a Angorá (WA).


Fibras Artificiais


Fibras artificiais: São produzidas pelo Ser Humano, porém utilizando como matéria-prima produtos da natureza, como por exemplo a celulose. As mais comumente usadas são a Viscose (CV), o Acetato (CA), o Lyocel e o Modal.


Fibras Sintéticas (ou Orgânicas)


Fibras sintéticas ou orgânicas: São fibras produzidas pelo Ser Humano usando como matéria-prima resinas sintéticas obtidas a partir de compostos retirados do petróleo. As mais conhecidas são o Poliéster (PES), a Poliamida (PA), o Acrílico (PMMA), o Polipropileno (PP) e o Poliuretano (PU), além das Aramidas (Kevlar e Nomex).


CURIOSIDADE: Já que estamos falando sobre fibras, é relevante saber alguns detalhes sobre a fibra de vidro, que é outro tipo de fibra sintética, pois ela é muito utilizada para reforço estrutural em componentes de plástico.


Apesar de não serem usualmente apresentados como tal, os vidros podem ser considerados como um subgrupo dos materiais cerâmicos. Entretanto, devido à sua estrutura peculiar (ausência de organização de seus átomos), e diferença na sequência de operações de fabricação (o vidro inicialmente é fundido em um forno e depois é conformado, enquanto as cerâmicas primeiramente são conformadas e depois passam por um forno a alta temperatura), os vidros são tratados como um grupo à parte da cerâmica.

Uma das coisas que faz o vidro ser um subgrupo das cerâmicas é sua composição: tanto a cerâmica quanto o vidro utilizam Sílica, que pode ser encontrada na forma de areia ou de pedra cinzenta e encontra-se no leito dos rios e em pedreiras.

A Sílica é um material básico na indústria de vidro, cerâmicas e refratários, e é uma importante matéria-prima na produção de silicatos solúveis, Silício e seus derivados Carbeto de Silício e Silicones.

O Vidro é uma substância sólida e amorfa, que apresenta temperatura de transição vítrea. No dia-a-dia o termo se refere a um material cerâmico transparente geralmente obtido com o resfriamento de uma massa líquida à base de sílica.

Em sua forma pura, o vidro é um óxido metálico transparente, de elevada dureza, essencialmente inerte e biologicamente inativo, que pode ser fabricado com superfícies muito lisas e impermeáveis. Estas propriedades desejáveis conduzem a um grande número de aplicações. No entanto, o vidro geralmente é frágil, quebra-se com facilidade. O vidro comum se obtém por fusão em torno de 1.250 °C de Dióxido de Silício, (SiO2), Carbonato de Sódio (Na2CO3) e Carbonato de Cálcio (CaCO3). A composição do vidro também pode incluir fundentes, estabilizantes, corantes e descorantes.

→ Vitrificantes: São usados para dar maior característica à massa do vidro e são compostos de anidrido sílico, anidrido bórico e anidrido fosfórico;

→ Fundentes: Possuem a finalidade de facilitar a fusão da massa silícea, e são compostos de óxido de sódio e óxido de potássio.

→ Estabilizantes: Têm a função de impedir que o vidro composto de silício e álcalis seja solúvel. São eles: óxido de cálcio, óxido de magnésio e óxido de zinco.


Para gerar Fibra de Vidro (Fiber Glass – Abreviado por GF), o composto descrito acima é aquecido até ficar em estado líquido (cerca de 1600°C). Este líquido é submetido ao resfriamento sob alta velocidade, onde o controle cinético e térmico favorece a obtenção de fios de tamanhos e diâmetros desejáveis ao atravessar uma espécie de “grade” de Platina, através de furos extremamente finos que são reguláveis e podem produzir diversas espessuras de fios. Esse processo cria fios de vidro tão finos que são melhor medidos em mícrons (uma unidade de comprimento que equivale a um milionésimo de metro). A junção de milhares destes fios forma a chamada “Lã de Vidro” (em aparência é semelhante a Lã de Algodão).

Na indústria química, a Lã de Vidro pode ser adicionada a um aglutinante e formar uma estrutura super resistente denominada PRFV (Plástico Reforçado com Fibra de Vidro).

É o que ocorre com componentes feitos em PA66-GF30, uma mistura de Poliamida com 30% de Fibra de Vidro, ou então PPGF35, uma mistura de Polipropileno com 35% de Fibra de Vidro.

No caso de correias, o compósito pode ser formado por uma malha em Fibra de Vidro (GF), que em paralelo com uma malha de Poliamida (PA66), ambas incorporadas numa matriz de Borracha Hidronitrílica (HNBR), formam uma cinta de alta resistência capaz de sincronizar e transmitir força e movimento entre duas ou mais polias ou engrenagens.

Imagem 2 - Uma correia dentada 6K288-BA feita em HNBR-GF-PA66 aplicada em um motor FoMoCo (Ford Motor Company).


CURIOSIDADE: Para finalizar, mais um exemplo de fibra que é comum em nosso cotidiano: A Fibra de Aço!

Popularmente conhecida como "palha de aço", "lã de aço" ou simplesmente pelo nome comercial "Bombril", a fibra de aço é um outro bom exemplo de fibra. Atualmente ela é utilizada em CRFA (Concreto Reforçado com Fibra de Aço) substituindo as estruturas de ferro amarrado utilizadas para reforçar as construções.

 


Os materiais termorígidos, como por exemplo baquelite, poliepóxido e fenolite podem ser moídos e utilizados como pó de enchimento para dar volume em novas resinas, já que estes materiais não derretem igual ocorre com os termoplásticos, limitando as formas de reciclagem. Este é apenas um exemplo de pó de enchimento.


Para melhorar as características de um material, as vezes é necessária a adição de outro(s) componente(s) químico(s). É aí que entram as fibras e os pós de enchimento. As fibras já foram explicadas no tópico anterior, e os pós ganham espaço aqui.


Excluindo os termorígidos moídos citados anteriormente, podemos separar os pós de enchimento para resinas poliméricas em duas classes:


Cargas brancas: Aqui entram o Talco, esferas ou pó de vidro; Carbonato de Cálcio, Óxido de Zinco, entre outros.


CURIOSIDADE: A Fibra de vidro traz realmente uma resistência estrutural maior para componentes de plástico, como é o caso de um tubo plástico do sistema de arrefecimento de um motor, que precisa trabalhar com altas pressões e temperaturas, e uma resina plástica reforçada com lã de vidro traz mais segurança e durabilidade ao componente. Todavia, em alguns componentes há a necessidade de uma maior estabilidade dimensional. Este reforço é basicamente composto de esferas de vidro, ou a grosso modo, vidro em pó.

O GB, sigla para "Glass Bead" (vidro em esferas) pode ser utilizado em sistemas eletrônicos, como por exemplo placa de soquetes de relés e fusíveis, onde a corrente elétrica é alta bem como a geração de calor, consequentemente, havendo a necessidade de uma maior homogeneidade na estrutura do compósito, uma alta rigidez dielétrica e resistência para altas temperaturas, tornando o pó de vidro mais vantajoso que a lã. Veja o gráfico abaixo com algumas resinas plásticas e vantagens e desvantagens do uso de GF e GB:

Infográfico 1 - Algumas resinas plásticas e o uso de GF e GB


Cargas negras: Aqui pode ser dado como exemplo o Negro de Fumo, Carbono Grafênico e o Grafite.


CURIOSIDADE: É interessante dissertar um pouco sobre o Negro de Fumo, um dos maiores aditivos utilizados na indústria química mundial.

O negro de fumo só começou a ser fabricado em escala industrial a partir de 1870, para atender às necessidades da indústria de tintas. A descoberta das propriedades reforçantes deste material em polímeros, ocorrida nos primeiros anos do século XX, elevou este produto à condição atual de carga mais importante para esta indústria, sendo indispensável em muitas aplicações.

Existem vários tipos de negro de fumo, e todos eles se enquadram nas seguintes classes principais, que possuem tais nomes pois se referem ao método de obtenção:

-> Negro de Lamparina (Lamp Black);

-> Negro de Canal (Channel Black);

-> Negro Térmico (Thermal Black);

-> Negro de Acetileno (Acetylene Black);

-> Negro de Fornalha (Furnace Black).


O negro de fornalha predomina de forma quase absoluta, constituindo mais de 99% do total de negros de fumo produzidos no mundo, devido aos custos mais reduzidos e por cobrir a grande maioria das aplicações existentes. Os outros processos são utilizados essencialmente para obter as especialidades, requeridas em aplicações muito específicas, como por exemplo nos PPTCs, fusíveis rearmáveis que utilizam um polímero com características isolantes misturado com um tipo de negro de acetileno, que dentre todas as classes é a que mais tem negros de carbono com características condutivas.

O negro de fumo também ajuda a afastar o calor da banda de rodagem e da área de contato com o solo do pneu, reduzindo os danos térmicos e aumentando a vida útil. Praticamente todos os produtos de borracha onde as propriedades de tração e desgaste por atrito são levadas em conta usam algum tipo de negro de fumo, e também por isso são de cor preta (é um dos mais comuns e baratos pigmentos do mundo). Cerca de 20% da produção mundial vai para correias, mangueiras e outros produtos de borracha que não sejam pneus.

Mais adiante neste texto, você verá que o negro de Carbono também é utilizado como aditivo anti-UV em alguns materiais.


Além do tipo utilizado (Acetileno, Lamparina, Canal, Térmico e etc.), vários fatores influenciam na condutividade elétrica, distribuição de calor e resistência física proporcionada pelo negro de carbono:


1. Geometria e composição de negro de carbono:

-> Tamanho da partícula;

-> Formato da partícula;

-> Porosidade;

-> Teor de matérias orgânicas voláteis e não voláteis.


2. Quantidade de negro de carbono no composto;


3. Grau de dispersão do negro de fumo no composto:

-> Tipo de processamento;

-> Tempo de processamento;

-> Temperatura de processamento.


Para finalizar este conteúdo, é interessante saber sobre a composição química das partículas de negro de carbono. Apresentam-se a seguir, a composição básica de negros de carbono da classe fornalha e canal, embora dentro de cada uma dessas classes (ou grupos) se possam encontrar tipos de composição química diferenciados:

Tabela 1 - Do que é composto o negro de carbono


Embora os negros de fumo sejam constituídos essencialmente por Carbono, eles apresentam outros elementos, em pequenas quantidades, sendo normalmente oxigênio, hidrogênio e enxofre. Muitas das propriedades dos negros de carbono estão correlacionadas com as quantidades relativas destes elementos dominantes. O enxofre está ligado aos átomos de Carbono e não interfere no processo de vulcanização. O nitrogênio pode existir também, embora em muito pequena quantidade. Cinzas, humidade, gases oclusos, matérias orgânicas voláteis e não voláteis estão também usualmente presentes.

Aqui serão resumidas algumas características de plásticos e borrachas proporcionadas por determinados aditivos químicos, que vão desde lã e pó de vidro até negro de fumo, Talco e Óxido de Zinco...


Retardante de chamas


O termo “Retardador de Chama” (do inglês Flame Retardant, ou simplesmente FR) é utilizado para se referir à um grupo diverso de produtos químicos que são adicionados em materiais manufaturados, como por exemplo os polímeros.

Os FR são ativados pela presença de uma fonte de ignição e têm como objetivo prevenir ou retardar o desenvolvimento posterior da ignição por uma variedade de métodos físicos e químicos diferentes. Eles podem ser adicionados como um copolímero durante o processo de polimerização, podem ser posteriormente adicionados ao polímero em um processo de moldagem ou extrusão, ou então (particularmente para têxteis) aplicados como um acabamento tópico.

Os retardadores de chama minerais são tipicamente aditivos, no entanto, compostos organohalogênicos e organofosforados podem ser reativos ou aditivos. Tanto os retardadores de chama reativos quanto os aditivos podem ser posteriormente separados em várias classes diferentes:


→ Compostos minerais: Esta classe inclui Hidróxido de Alumínio (ATH), Hidróxido de Magnésio (MDH), Huntite e Hidromagnesita, vários hidratos, fósforo vermelho e compostos de boro (principalmente boratos);


→ Compostos organohalogênicos: Esta classe inclui organoclorados, como por exemplo derivados do ácido cloréndico e parafinas cloradas, tais como éter decabromodifenílico (deca BDE) e etano decabromodifenílico (um substituto para o deca BDE). Há também compostos bromados poliméricos, tais como os poliestirenos bromados, oligômeros de carbonato bromados (OCSs), oligómeros de epoxi bromada (BeOs), Anyhydride Tetrabromoftico, Tetrabromobisfenol A (TBBPA) e Hexabromociclododecano (HBCD).

A maioria, porém não todos os retardadores de chama halogenados, são utilizados em conjunto com um sinergista para aumentar sua eficiência. O Trióxido de Antimônio é amplamente aceito, mas outras formas de Antimônio, como o Pentóxido e o Antimonato de Sódio, também são comuns;


→ Compostos organofosforados: Esta classe inclui organofosfatos como Trifenilfosfato (TPP), Resorcinol Bis Difenilfosfato (RDP), Bisfenol A Difenilfosfato (BADP) e Tricresilfosfato (TCP). Inclui também fosfonatos, tais como Dimetilmetilfosfonato (DMMP), bem como fosfinatos, tais como Dietilfosfinato de Alumínio.

Em uma classe importante de retardadores de chama, os compostos contêm fósforo e halogênio. Esses compostos incluem o Tris (2,3-dibromopropil) Fosfato (tris bromado) e organofosfatos clorados, como por exemplo o Tris (1,3-dicloro-2-propil) Fosfato (tris clorado ou TDCPP) e Tetraquis (2-cloretil) Dicloroisopentildifosfato (V6);


→ Compostos orgânicos: Esta classe inclui por exemplo o ácido Carboxílico e Ácido Dicarboxílico.


Os FR minerais atuam principalmente como retardadores de chama aditivos e não se tornam quimicamente fixados ao sistema circundante. A maioria dos compostos de organohalogênio e organofosfato também não reagem permanentemente para se prenderem ao ambiente, mas um trabalho adicional está em andamento para enxertar outros grupos químicos nesses materiais para permitir que eles se integrem sem perder sua eficiência retardante. Isso também tornará esses materiais não emissivos para o meio ambiente. Novos produtos não halogenados com essas características reativas e não emissivas estão chegando ao mercado desde 2010 devido ao debate público sobre as emissões de retardadores de chama. Alguns desses novos materiais reativos receberam até mesmo a aprovação da US-EPA por seus baixos impactos ambientais.


Os mecanismos básicos de retardamento de chama variam dependendo do FR específico e do substrato. Os produtos químicos retardadores de chama aditivos e reativos podem funcionar na fase de vapor (gasosa) ou condensada (sólida).


→ Degradação endotérmica: Alguns compostos se decompõem endotermicamente quando submetidos à altas temperaturas. Hidróxidos de Magnésio e Alumínio são um exemplo, juntamente com vários carbonatos e hidratos, como misturas de Huntita e Hidromagnesita. A reação remove o calor do substrato, resfriando assim o material. O uso de hidróxidos e hidratos é limitado por sua temperatura de decomposição relativamente baixa, o que limita a temperatura máxima de processamento dos polímeros (normalmente utilizados em poliolefinas para aplicações de fios e cabos);


→ Blindagem Térmica (Fase Sólida): Uma forma de evitar que a chama se espalhe sobre o material é criar uma barreira de isolamento térmico entre as partes queimadas e não queimadas. Aditivos intumescentes são frequentemente empregados, tendo o papel de transformar a superfície do polímero em um carvão, que separa a chama do material e retarda a transferência de calor para o combustível não queimado. Os retardadores de chama de fosfato orgânico e inorgânico não halogenado normalmente agem por meio desse mecanismo, gerando uma camada polimérica de ácido fosfórico carbonizado;


→ Diluição (Fase Gasosa): Gases inertes (mais frequentemente Dióxido de Carbono e Água) produzidos pela degradação térmica de alguns materiais, agem como diluentes dos gases combustíveis, diminuindo suas pressões parciais e a pressão parcial de Oxigênio, consequentemente diminuindo a taxa de reação;


→ Mitigação do radical (Fase gasosa): Os materiais clorados e bromados sofrem degradação térmica e liberam cloreto de hidrogênio e brometo de hidrogênio ou, se utilizados na presença de um sinérgico, como por exemplo o Trióxido de Antimônio e Haletos de Antimônio. Estes reagem com os radicais H- e OH- altamente reativos na chama, resultando em uma molécula inativa e um radical Cl- ou Br-. O radical halogênio é muito menos reativo em comparação com H- ou OH- e, portanto, tem um potencial muito menor para propagar as reações de oxidação do radical de combustão.


Um exemplo de uso do FR é em bandejas de aparelhos que fazem leitura / gravação de CDs, DVDs e BluRays. O uso de um polímero com alguma porcentagem de FR é necessário, já que a bandeja fica por baixo do disco e o processo de leitura ou gravação à LASER gera muito calor. Em geral, o FR é misturado ao plástico ABS (Acrilonitrila-Butadieno-Estireno), que em alguns casos por conter também PC (Policarbonato). Veja abaixo a imagem da bandeja de um drive de mídias ópticas:

Imagem 3 - Bandeja de um drive de CD e DVD de PC feita em >ABS-FR(40)<


CURIOSIDADE: O Vidro é um ótimo exemplo de material que traz uma resistência estrutural maior para componentes de plástico, porém, também atua como uma espécie de retardante de chamas. Como já foi dito em um tópico anterior deste texto, o uso de esferas de vidro (GB) em resinas plásticas traz uma estabilidade dimensional maior, e com isso uma resistência maior à altas temperaturas, o que reduz a possibilidade de incêndios. O uso de lã de vidro (GF) em peças feitas de resina e que sofrem com esforços mecânicos também aumenta a resistência ao aquecimento.


Já que citamos o vidro neste tópico, um outro exemplo de retardante de chamas é o FR4. O FR4, definido pela NEMA (National Electrical Manufacturers Association) no final dos anos 1960, é apenas uma das padronizações dadas aos laminados de poliepóxido reforçados com tecido de fibra de vidro. Perceba que aqui não se utiliza uma sigla abreviando a composição do compósito, mas sim sua principal característica. Apesar de não estar explícito, tais laminados empregam retardantes organohalogênicos, mais especificamente os bromados, em geral.

O principal uso para este compósito é a fabricação de placas de circuito impresso (em inglês "Printed Circuit Board", abreviado "PCB"), pois possui alta rigidez dielétrica, suporta altas temperaturas e têm baixíssima absorção de umidade. Seu uso abrange, dentre vários outros, placas de computadores, TVs, módulos de memória RAM e até substratos de processadores, como é possível notar neste documento da Intel para a plataforma LGA775:

Imagem 4 - Perceba que o substrato é definido como "Resina reforçada com fibra"


Na próxima imagem, parte de uma documentação técnica da Intel detalhando as PCBs multilayer e alguns tipos de malha de lã de vidro utilizadas:

Imagem 5 - Alguns tipos de malha de tecido de vidro utilizadas em PCBs


Uma PCB ser feita em FR4 não significa estar automaticamente apta a receber o selo UL 94V-0. Mas o que seria este selo? Continue a leitura...

 

Rigidez Dielétrica e Resistência Elétrica


Para saber mais sobre as características elétricas dos plásticos e borrachas, há duas publicações exclusivas sobre o assunto aqui no HC. Deixo abaixo os links, caso queira se aprofundar neste tema:


-> Capítulo 1.0: Condutores e Isolantes;

-> Capítulo 1.0b: Condutores e Isolantes - Parte 2.

 

Flexibilidade e Elasticidade


Em pesquisas pela internet, você pode encontrar o termo "plastificante", que é simplesmente um dos aditivos mais utilizados na produção de plásticos. É o plastificante que possibilitou a existência dos canos de PVC para instalações hidráulicas (PVC rígido) e os revestimentos de PVC para cabos USB, VGA, HDMI e cabos de vela de motores de combustão interna (PVC com flexibilidade e até uma certa elasticidade). Os plastificantes também propiciaram a existência do PMMA rígido para produção de Acrylic Glass e para a produção de filmes adesivos acrílicos, bem como a usabilidade da resina PVB para produção de filmes adesivos.

São os plastificantes que possibilitaram a existência de materiais poliméricos com comportamento e aparência mecânica extremamente diferentes, porém, compostos do mesmo polímero. Quando um produto polimérico é desenvolvido sem um plastificante, há uma grande chance de que ele se torne muito frágil e rígido para ser utilizado, o que não é desejável na maioria das aplicações, como por exemplo em filmes plásticos, solas de sapatos, capas de fios, etc. Em alguns casos, pode ser utilizado até dois plastificantes diferentes na produção de um material.


Segundo a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), o plastificante é uma substância / material incorporado em um plástico ou borracha para aumentar a sua flexibilidade, a processabilidade ou a extensibilidade (capacidade de alongar).


CURIOSIDADE: A adição de plastificante em um plástico ou elastômero é análogo ao que ocorre quando uma esponja rígida absorve água e é saturada por ela. Mas, com o passar do tempo, os plastificadores evaporam e o plástico volta a se tornar facilmente quebradiço.


O plastificante é capaz de reduzir a viscosidade do fundido, bem como a sua temperatura de transição vítrea (Tg) e o módulo elástico, sem que se altere as características químicas fundamentais do material plastificado. Este aditivo se aloca entre as cadeias poliméricas e diminui a interação entre elas através do aumento do volume livre entre as cadeias, ou então, da atenuação das "ligações de Van Der Waals", resultando em uma matriz mais flexível e extensível. A figura abaixo exibe o mecanismo de plastificação do PVC.

Imagem 6 - Exemplo de como ocorre a plastificação do PVC


Abaixo, deixo um PDF da Braskem sobre o plástico PVC e seus plastificantes. O PVC é muito citado neste tópico, pois é o melhor exemplo de polímero que pode ter características completamente alteradas com o uso de plastificantes, no entanto, as informações técnicas dadas aqui valem pra outros polímeros também, como por exemplo o PVB e o PMMA.

Plastificantes - Boletim Técnico Braskem
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CURIOSIDADE: O Plastificante é um aditivo que pode alterar a rigidez dielétrica e a resistência elétrica de um material.


Apesar de todo o lado bom, em baixas concentrações o plastificante é capaz de causar um efeito contrário ao desejado. Esse efeito é denominado "antiplastificação". Este fenômeno pode ser explicado por duas teorias:


-> Quando presente em baixas concentrações, o plastificante pode se alocar no volume livre natural que há entre as cadeias do polímero, ocasionando uma restrição de movimento e, consequente, aumento de rigidez, resistência à tração, diminuição da deformação na ruptura e resistência ao impacto, ou seja, o material vai ficar mais quebradiço.


-> A segunda teoria atribui este fenômeno ao aumento da cristalização induzido pelo plastificante quando presente em baixas concentrações. A partir de um certo teor o plastificante, ocorre a flexibilização do polímero, queda da resistência à tração, aumento da deformação de ruptura e resistência ao impacto. Este comportamento está ilustrado no gráfico abaixo:

Gráfico 1 - A quantidade de plastificante e seus resultados


CURIOSIDADE: Diversos ensaios são responsáveis por identificar não só qualitativamente, mas também quantitativamente a presença de diversos tipos de aditivos em produtos poliméricos, incluindo plastificantes.

A presença e quantidade de plastificante podem ser determinadas por algumas técnicas analíticas como GC-MS, TGA, FT-IR, dentre outras, bem como análises mecânicas, como por exemplo tração e impacto, além de outros métodos, como a Reometria Capilar e o DSC.

 

Aditivos Anti-UV


Os materiais poliméricos aplicados em componentes expostos a luz do Sol estão sujeitos a degradação por radiação UV. Para que isso não ocorra, são adicionados aditivos que retardam ou eliminam a reação química que causa essa degradação.

Existem três nomenclaturas utilizadas para se referir aos materiais que retardam ou eliminam a degradação por radiação UV, sendo que um deles, o termo "Anti-UV", é apenas um nome genérico que se costuma dar pra todo plástico que recebe alguma aditivação que o proteja da radiação UV, ou à aquele polímero onde essa propriedade é intrínseca. Agora, a nomenclatura utilizada para se referir às classes de aditivos Anti-UV:


Estabilizante UV

Atuam quimicamente no polímero impedindo a formação de radicais livres. Exemplos:

→ Negro-de-fumo: A estabilização é obtida com, no máximo, 2,5% de aplicação do Negro-de-fumo no material, sendo o tipo preferido aquele com tamanho de partícula menor que 25 nm, e neste caso funcionando também como antioxidante. O Negro-de-fumo também deixa o material com coloração preta, aliás, este é, de fato, o principal motivo de seu uso em plásticos, sendo que a função de estabilizante UV é como se fosse “brinde”.

→ HALS (Hindered Amine Light Stabilizers): As aminas estericamente bloqueadas são um grupo de estabilizantes utilizados principalmente em poliolefinas (PE e PP). As HALS, como por exemplo a Piperidina com baixo ou alto peso molecular, funcionam estabilizando a resina através do encerramento do radical livre iniciado pela luz solar. São aplicadas em proporções menores do que os absorvedores a base de benzofenonas ou benzotriazóis.

Fórmula Química 1 - Estrutura química de uma HALS


Um exemplo de Estabilizante UV comercial é o Tinuvim 770, um tipo de HALS a base de bis (2,2,6,6, -tetrametil-4-piperidil) sebacato. Outro exemplo é o Chimassorb 2020, um tipo de HALS a base de 1,6 - hexanodiamina, N, N'- bis (2,2,6,6-tetrametil-4-piperidina-il), 2,4,6-tricloro-1, 3,5-triazina, N- butil-1-butilamina e N-butil-2, 2,6,6-tetrametil-4-piperidinoamina. Veja a imagem abaixo:

Fórmula Química 2 - Estrutura química do Chimassorb 2020


Ambos são muito utilizados em PP e PE, sendo o Chimassorb também utilizado em EVA e TPEs que utilizam PP.


Absorvedor UV

Atuam de forma física na inibição da radiação UV, absorvendo a radiação e transformando-a em calor. A concentração de Absorvedor UV no polímero deve levar em consideração a espessura da peça, sendo que esse tipo de proteção não é tão eficaz em filmes ou chapas finas, mas é muito utilizada em materiais para injeção. Exemplos:

→ Benzofenonas: Utilizadas em poliolefinas e PVC. Veja a imagem abaixo:

Fórmula Química 2 - Estrutura química de uma Benzofenona


→ Benzotriazóis: Utilizadas em plásticos, como por exemplo as Poliamidas, Policarbonato, ABS e outros. Veja a imagem abaixo:


Fórmula Química 3 - Estrutura química de um Benzotriazol

Um exemplo de Absorvedor UV comercial utilizado em PVC, PS, PC, PMMA, ABS, PE, Poliepóxido, entre outros é o Tinuvin 326, com fórmula molecular C17H18N3OCl mostrada abaixo:

Fórmula Química 3 - Estrutura química do Tinuvim 326


CURIOSIDADE: Existem milhares de Estabilizadores e Absorvedores UV, existindo vários nomes comerciais, como por exemplo os Tinuvim e Chimassorb apresentados aqui.

Geralmente eles são diferenciados por um número, como é o caso do Tinuvim 622, um HALS composto por Ácido poli (4-hidroxi-2,2,6,6-tetrametil-1-piperidinoetanol-alt-1,4-butanodioico) que também pode ser referido como "HALS 622". O Chimassorb 2020 também pode ser chamado de "HALS 2020".

Já o Absorvedor UV Tinuvim 326 pode ser referido simplesmente como "UV 326". O Chimassorb 81 é um 2-hidroxi-4-n-octoxibenzofenona, também reconhecido como "UV 531".


CURIOSIDADE: Radicais livres são átomos que contém um número impar de elétrons na sua ultima camada, e devido a este não emparelhamento, são muito instáveis e têm alto poder reativo, pois tendem a se associar de maneira rápida a outros átomos com os quais pode reagir ou oxidar.

Nomes Comerciais e as Confusões


Lá vão algumas curiosidades sobre as Fibras Sintéticas:

É comum, porém incorreto, chamar pelo nome comercial:

→ Lycra - Polimero poliureteno elastômero (PUR). Nome comercial registrado pela indústria química americana DuPont;

→ Nylon - Poliamida (PA). Nome comercial registrado pela indústria química americana DuPont;

→ Kevlar - Poliaramida de carbono ou Policarbamida. Nome comercial registrado pela indústria química americana DuPont;

→ Teflon - Politetrafluoroetileno (PTFE).Nome comercial registrado pela indústria química americana DuPont;

→ Isopor – Poliestireno Expandido (EPS). Nome comercial registrado pela indústria química alemã Knauf;

→ Viton – Fluoelastômeros (FPM). Nome comercial registrado pela indústria química americana Chemours Company;

→ Neoprene - Policloropreno (CR). Nome comercial registrado pela indústria química americana DuPont;

→ Mylar - Tereftalato de Polietileno Orientado Biaxialmente (BOPET). Nome comercial registrado pela indústria química americana DuPont;

→ Vectran - Polímero de Cristal Líquido (LCP). Registrado pela indústria química americana Celanese Corporation.


É raro alguém que conheça um pouco do assunto e saiba relacionar Nylon com Poliamida, por exemplo. Geralmente os nomes comerciais mais famosos prevalecem e acabam sendo usados para se referir a qualquer material. É lamentável que sequer vendedores de auto peças ou mecânicos sabem o que estão vendendo ou montando, e o pior é que clientes acabam colocando na cabeça que um retentor feito de borracha NBR do mercado paralelo é igual ao retentor de PTFE vendido na concessionária, ou então que um reservatório de expansão feito em PEHD do mercado paralelo é igual ao de PP homologado por uma montadora.

Mas como alguém vai saber a composição de uma peça de um carro, por exemplo?

 

Como Identificar a Composição de Uma Peça


Para identificar a composição química de uma peça polimérica, seja ela elastômero ou plástico, procure sempre por letras e números entre um 'maior que' (>) e um 'menor que' (<) impressas a tinta ou alto / baixo relevo no corpo da peça. Veja exemplos abaixo:


>PA66-GF30< >PELD<

>PPGF35< >PP<

>PU< >PTFE<

>PUR< >MVQ<

>PA12< >PA66+EPDM<

>PP-T40< >PET<

>PEHD< >PBT-GF30<

>PA6-(GB20+GF10)< >LCP<

>P/E+EPDM-T28< >EPS<

>ABS< >CR-SBR<

>NBR+PVC< >HNBR-PA66-GF<

>ABS-FR< >PP+EPDM-MD20<


Perceba que quando o compósito é feito apenas de duas ou mais resinas poliméricas, geralmente se nota o uso do símbolo de adição (+), como é o caso do >NBR+PVC<. Perceba que quando o compósito possui a adição de um não-polímero, geralmente se nota o uso de um traço (-), como é o caso do >PA66-GF30< e do >P/E+EPDM-T28<.

Existem exceções, pois o próprio fabricante pode inserir as informações da maneira que achar melhor. Você pode encontrar correias com a notação >PA66/EPDM< ou então >HNBR-PA66-GF<, bem como peças em >PPGF35<. Alguns fabricantes podem utilizar outras siglas para se referirem ao mesmo material, como é o caso do >PP-30FV<, que significa Polipropileno reforçado com 30% de Fibra de Vidro.

Outra notação que pode ser utilizada e que pode confundir é o caso da >P/E+EPDM-T28<, ou então >P/P+PA66<. Perceba que o Polietileno (PE) e o Polipropileno (PP) são abreviados com uma barra entre as duas letras.


A aleatoriedade destes códigos é tão grande, que se pode encontrar em um código a composição de duas peças de um mesmo sistema, como é o caso deste cartucho de tinta de impressora da HP:

Imagem 7 - Cartucho HP 664 com tinta preta


Note que na carcaça está em alto relevo “>PET-GF15,PUR<”, ou seja, Polietileno Tereftalato reforçado com 15% de lã de vidro. O Poliuretano não é misturado ao compósito da carcaça, no entanto, integra o mesmo código, separado apenas por um ponto. O PUR se faz presente em forma de um cubo de espuma encaixado no interior do cartucho. Esta espuma é embebida em tinta. Caso seja um cartucho colorido (CMY ou, raramente, RGB) serão três compartimentos de tinta e um cubo de PUR em cada um.


Quanto as nomenclaturas de compósitos que empregam aditivos retardantes de chamas (FR)...

Há casos em que a sigla “FR” pode ser mencionada no código de material impresso no componente (Por exemplo ">ABS+PC-FR<"). Em outros componentes pode haver inclusive a porcentagem de FR adicionada à matriz do compósito (Como por exemplo ">ABS-FR(40)<"), porém em muitos casos o fabricante pode não mencionar a adição do retardador de chamas (Por exemplo ">ABS+PC<"). Independente de qual a notação escolhida para marcar o componente, em quase 100% dos casos não está explícito que tipo de retardador de chamas é utilizando, deixando a dúvida de qual a composição exata da peça em questão.

Em compósitos onde é adicionado um retardador de chamas mineral, é comum a utilização da abreviação "M" ou "MD" seguido da porcentagem do FR mineral utilizado. É o caso do TPV >PP+EPDM-MD20< ou então do polímero >PP-M40<. Veja a imagem abaixo, de uma borracha de acabamento na dianteira de um caminhão Scania R420:

Imagem 8 - TPV, sigla para Termoplástico Elastômero Vulcanizado


Para complicar mais, existem códigos de composição química que misturam todas estas siglas, como é o caso mostrado na seguinte imagem:

Imagem 9 - Carcaça de notebook Sony VAIO feita em ">PC+ABS-(TD+MD)15FR(40)<"


A carcaça do notebook mostrada acima é feita de plástico, tanto que é fácil compreender o trecho "PC+ABS", todavia, o que complica é colocarem TD+MD, ou seja, Talco (um mineral) misturado com outro mineral. Outra coisa que pode dar nó na cabeça é o uso de "MD" seguido de "FR", no entanto, é plausível, pois sugere o uso de dois aditivos diferentes (um mineral e outro não-mineral, respectivamente, e ambos não especificados, como sempre). Os valores "15" e "(40)" sugerem a porcentagem dos aditivos sobre a mistura de resina PC com ABS. De qualquer forma é confuso de entender.

 

Indicadores de Lote e Molde


É comum de se ver em objetos plásticos alguns "reloginhos" com uma seta ao centro apontando para um número, como podemos ver na imagem abaixo:

Imagem 10 - Indicadores de lote e molde


Na Imagem 10, o marcador que aponta para o número "15" indica o ano de fabricação, já o marcador que aponta para o valor "12" indica o mês de fabricação. O terceiro relógio da Imagem 9 pode ser o dia em que a peça foi produzida. Em alguns casos, um dos relógios pode informar um fornecedor de matéria-prima ou um número de molde, desta forma, caso sejam produzidas peças defeituosas, será mais fácil de identificar uma máquina com problemas na linha de produção ou então um fornecedor que entregou um material com qualidade questionável.

Há casos em que há quatro indicadores, e todos servem apenas pra informar a data de fabricação:

Imagem 11 - Indicadores de Lote

 

Indicador de Flamabilidade


Qualquer um que trabalhe com hardware e possua o mínimo de curiosidade já notou que toda placa de circuito impresso possui em algum lugar a inscrição "94V-0". Essa inscrição não vale apenas para a placa em si, mas para qualquer componente aplicado sobre ela, seja um chip ou um slot PCI Express, por exemplo.

Imagem 12 - Perceba a marcação 94V-0 na PCB, que é confeccionada em FR4


Essa inscrição faz referência a uma norma internacional sobre flamabilidade de materiais. Flamabilidade nada mais é do que a capacidade que um corpo plástico tem de pegar fogo. Há dois tipos de programas de teste de pré-seleção na norma UL 94 efetuados em materiais plásticos para medir características de flamabilidade.

-> O primeiro determina a tendência do material tanto para extinguir quanto para espalhar a chama uma vez que a amostra foi incendiada. Este programa é descrito na UL 94 que agora está harmonizada com a norma IEC 60707, 60695-11-10 e 60695-11-20 e ISO 9772 e 9773.

-> O segundo programa de teste mede a resistência à ignição do plástico para as fontes de ignição elétrica. A resistência do material a ignição de superfície e características de rastreamento está descrito na UL 746A, que é semelhante aos procedimentos de ensaio descritos no IEC 60112, 60695 e 60950.


Classificações de chama da UL 94


Existem seis classificações de chama especificados na UL 94 que são atribuídos aos materiais a partir dos resultados dos testes. Estas classificações listados em ordem decrescente para cada um dos três grupos seguintes são usadas para distinguir características de queima de um material depois que corpos de prova foram expostos a uma chama de ensaio especificados em condições controladas de laboratório.

Estas classificações relacionam com materiais comumente utilizados em recintos de fabricação, peças estruturais e isolantes encontrados em produtos eletrônicos de consumo (UL 94 5VA, 5VB, V-0, V-1, V-2, HB).

Horizontal contra Posicionamento Vertical As amostras moldadas a partir do material plástico são orientadas tanto na posição horizontal ou vertical de acordo com as especificações do método de ensaio relevante. As amostras são submetidos a uma fonte de ignição definida por um período de tempo especificado. Em alguns testes, a chama de ensaio é aplicada apenas uma vez, como é o caso do ensaio de combustão horizontal (HB), enquanto que em outros ensaios, a chama é aplicada pelo menos duas vezes. A classificação HB indica que o material foi testado numa posição horizontal e verificou-se queimar a uma taxa menor que um máximo especificado. As classificações verticais V2, V1 e V0 indicam que o material foi testado na posição vertical e auto-apagou dentro de um prazo determinado após a fonte de ignição ser removida. As classificações verticais também indicam se o corpo de prova pingava partículas inflamadas ou não, o que faz ascender um indicador de algodão localizado abaixo da amostra.


A norma UL 94 também descreve um método em que a chama de ensaio é aplicada até cinco vezes nos testes. São as classificações 5VA e 5VB, sendo que a 5VA não pode ter nenhum burn-through e a 5VB pode ser tolerado uma perfuração por fogo, porém em ambas não pode haver respingos de partículas.


CURIOSIDADE: A sigla "UL" vem de "Underwriters Laboratories", uma empresa global de certificação de segurança sediada em Northbrook, Illinois, EUA. Foi estabelecida em 1894 como "Underwriters 'Electrical Bureau", um bureau do National Board of Fire Underwriters.


Imagem 13 - Logotipo da Underwriters Labs


A norma UL 94 é apenas uma das várias utilizadas no planeta para classificação de flamabilidade de materiais. Outra norma bastante comum é a UL 224, comumente vista em certificações de malhas náuticas utilizadas como conduítes de proteção de chicotes elétricos e dutos de líquidos. Geralmente é utilizada a classificação UL 224 VW-1 para estas malhas.


Anteriormente, vimos sobre as PCBs feitas em FR4. Pois bem, apesar do FR4 ser um padrão industrial definido por um órgão do porte da NEMA, para ter suas características comprovadas faz-se necessário passar pela bateria de testes que o permite ter a homologação 94V-0. Este parágrafo é para deixar claro que uma chapa de FR4 não recebe de maneira automática um selo 94V-0 ao ser produzida, até porque são várias fabricantes e vários modelos disponíveis, como foi mostrado na Imagem 5.

Depois de todo este resumo sobre diversos materiais utilizados na indústrias podemos concluir que:

→ Fibras são fios muito finos e flexíveis, que em grandes quantidades formam lãs (tipo lã de vidro e lã de algodão);

→ Plásticos podem ter qualquer forma, bastando molda-los com calor e pressão;

→ Plásticos são resinas sintéticas que podem admitir a forma de fibra;

→ Resinas sintéticas são feitas de monômeros, que formam os polímeros.

→ Borrachas são resinas que podem ser de origem natural ou sintética;

→ Borrachas, independente da origem, são elásticas, ou seja, elastômeros;

→ Tanto a borracha sintética quanto o plástico são resinas;

→ 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.

→ Elastômeros são geralmente termofixos. Os TPEs são elastômeros termoplásticos;

→ Plásticos podem ser divididos entre termofixos e termoplásticos;

→ Um compósito é a mistura de dois ou mais materiais diferentes para se criar um terceiro com características melhores / especificas.


Para fechar o raciocínio, nos plásticos as moléculas poliméricas são mantidas unidas apenas pelas forças eletrostáticas, enquanto nas borrachas há um processo chamado vulcanização que liga as moléculas entre si por meio de ligações químicas (geralmente pontes de enxofre, porém a vulcanização sem enxofre também pode ser feita - podem ser utilizados óxidos metálicos, peróxidos orgânicos ou até resina de poliepóxido), o que faz com que a estrutura polimérica seja um pouco flexível, admitindo que a borracha se deforme e acumule energia, mas quando a força cessa essa energia é liberada e as moléculas retornam às suas posições.

Os plásticos, quando submetidos à uma força, se deformam de forma permanente (ou plástica) e a energia gasta na deformação se dissipa como calor, não havendo nada para recuperar a forma original do corpo quando a força cessa.


A borracha tem um estrutura química amorfa e só admite um baixo grau de cristalização quando tensionada. Já o plástico geralmente é semi-cristalino, com cadeias de átomos organizadas em meio a regiões amorfas. Um exemplo de exceção é o Polietileno, que pode ser plástico amorfo quando PELD ou semi-cristalino quando PEHD.

Agora sim, depois de tanto ler sobre fibras, borrachas e plásticos, e entender suas diferenças, misturas, aplicações, deve ter ficado claro que estes materiais são a base de quase tudo o que estão ao nosso redor e que eles são fundamentais para nossa sociedade.


Vou deixar aqui um PDF da fabricante Scania, com a apresentação de grande parte os compostos poliméricos utilizados na fabricação de seus caminhões, é só clicar no link abaixo:

SCANIA - Tipos de plásticos e borrachas
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Caso tenha ficado algum "ponto solto", alguma discordância, erros de digitação e caso esteja faltando alguma coisa, ou você queira trazer sugestões ao blog, entre em contato pelo hardwarecentrallr@gmail.com.


 

Texto: Leonardo Ritter.

Imagens, gráficos e desenhos: Google Imagens

Fontes: Rubberpedia (Manuel Morato Gomes); Mundo Educação (Jennifer Fogaça); Brasil Escola (Jennifer Fogaça); SABÓ; ANIP (Associação Nacional da Indústria de Pneumáticos); Vedamotors; Fricwel; Fras Le; Akroplastic; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).


Ultima atualização: 19 de Maio de 2022.

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