Materiais elásticos em aplicações "encobertas"

Quando se fala de borracha, o pneu é um dos primeiros objectos que vem à ideia. Afinal, os pneus estão por todo o lado, bem à vista, e têm que ser regularmente inspeccionados e substituídos. Cerca de 60% dos 22 milhões de toneladas de borracha usada a nível mundial é processada para fabricar todo o tipo de pneus. No entanto, a borracha pode ser usada para muitas outras finalidades, muitas delas abrangidas pelo títulos de "vedantes", "fixação" e "transporte" – três palavras que significam mais do que parece. Na realidade, muitos dos produtos de borracha são usados em aplicações "encobertas", isto é, menos visíveis, razão pela qual a maior parte das pessoas não se apercebe da versatilidade deste material. Os produtos de borracha são usados para vedar objectos tão pequenas como ampolas medicinais e tão grandes como coberturas de estádios. Contribuem para a deslocação suave dos comboios, para o funcionamento silencioso dos motores, para a eficiência energética dos transportadores e para o movimento das hélices eólicas. Adicionam propriedades como o "toque suave" ou, no caso de vestuário de segurança, protecção contra substâncias perigosas. Como correias ou cintas, transmitem energia. Como tubos, transportam fluidos em aplicações domésticas, industriais ou médicas. Os novos materiais têm vindo a ser acompanhados por mudanças na tecnologia de processamento. O aumento dos custos de materiais e a queda dos preços de venda forçam os transformadores a melhorar continuamente os seus métodos de produção.  A maior parte das novas possibilidades será apresentada na K 2010 -  a maior feira mundial dos plásticos e borracha – de 27 de Outubro a 3 de Novembro em Dusseldorf.

 

Desde a invenção da primeira borracha sintética, há 100 anos, que este material tem evoluído com propriedades novas e cada vez mais específicas, num grande diversidade de polímeros. Só nos últimos dez anos, registaram-se grandes desenvolvimentos, especialmente em aplicações no compartimento do motor, onde as condições são particularmente duras. Mesmo  os tubos ou juntas mais simples devem ser capazes de suportar temperaturas na ordem dos 150 °C durante longos períodos de tempo, picos de temperatura de 180°C, fluidos agressivos como combustíveis e óleos de motor e ainda a tensão de vários milhões de ciclos de trabalho. Todos estes factores levam os elastómeros standard aos limites. Graus especiais de elastómeros fluorados, tais como FKM, são opção usual para aplicações que requerem elevada resistência térmica e química, mas são mais difíceis de processar. Há alguns anos, a DuPont  deu um passo decisivo com os seus elastómeros da marca Viton, baseados na tecnologia APA (advanced polymer architecture. As propriedades de fluidez, ligações cruzadas e desmoldagem destes produtos são similares às dos elastómeros fluorados e as propriedades dos produtos finais são similares às dos produtos fabricados com graus especiais de alto desempenho.
Como abordagem diferente, a selecção de materiais pode ser orientada primariamente ela facilidade de processamento. Os silicones líquidos (LSR) são candidatos óbvios e têm excelente resistência térmica, mas a resistência aos químico orgânicos é moderada.  Uma alternativa mais interessante foi desenvolvida pela Wacker, sob a forma de fluorosilicone líquida (FLR), com boa resistência aos óleos de motor, mesmo a altas temperaturas. Na mesma linha, os elastómeros de silicone líquida totalmente fluorados (FFSL), desenvolvidos pema Momentive Performance Materials. Tal como os FLR, os FFSL resistem ao gasóleo e aos óleos quentes lém disso, a sua resistência a um largo leque de químico é similar à dos fluorosilicones de ligações cruzadas (FVMQ), usados nas aplicações mais exigentes em terMos de exposição a altas temperaturas, combustíveis, óleos e gases.
Os fluoroelastómeros são também indicados para aplicações relacionadas com biocombustíveis. Apesar das suas características favoráveis ao ambiente, estes combustíveis são extremamente agressivos para com os materiais tradicionais de tubos e vedantes. Um elastómero flexível de poliolefina (FPO) foi desenvolvido pela Dyneon especialmente para aplicações sujeitas a exposição prolongada a 150 °C e provou ser muito resistente ao tipo de biodiesel (metilo-ester) mais comum na Europa.

Emboras as propriedades dos fluoroeslastómeros os tornem indicados para utilização em aplicações exigentes no compartimento do motor de automóveis, todos partilham a mesma desvantagem: o preço relativamente elevado. Daí o interesse de alternativas como a borracha de poliacrilato, para algumas aplicações. É o caso dos elastómeros de poliacrilato HyTemp (HT-ACM) da Zeon, que suportam exposição prolongada a temperaturas de 175 °C e picos até 200 °C, e também a exposição ao ar, ao óleo de motor, aos óleos de transmissão e ao gasóleo. Mantém  flexibilidade a temperaturas tão baixas como -35°C, com alteração moderada da dureza e dilatação. O grau HyTemp AR212HR é uma adição recente a esta gama de materiais. Foi especialmente desenvolvido para o processo de extrusão e é indicado para tubos de ar, tubos de arrefecimento do óleo de transmissão (TOCH), revestimento de cabos para automóveis e indústria sujeitos a temperaturas até 175 °C. A DuPont Performance Elastomers também modificou os elastómeros etileno-acrílicos Vamac para satisfazer os novos requisitos. A gama GXF é um solução adequada para aplicações que requerem resistência dinâmica elevada a altas temperaturas em ambientes com exposição a óleos.
A Lanxess fez evoluir outro elastómero tradicional para responder a novos requisitos. Os graus de elastómero de nitrilo-butadieno hidrogenado (HNBR) já tinham boa reputação  aplicações finais com temperaturas de 150 °C e exposição ao ar, óleo e vapor. Os graus de HNBR Therban AT alargam ainda mais o potencial deste elastómero de alta performance. Têm viscosidade mais baixa e, por conseguinte, são mais fáceis de processar. Podem ser injectados a baixa pressão, ligados com outros componentes como o negro de fumo, e requerem menos aditivos de processamento que os HNBR convencionais. Para além das vantagens de procssamento, a maior compatibilidade com cargas confere um maior liberdade de ajuste da dureza e compressibilidade. Aumentando a proporção de acrilonitrilo,  Lanxess fez com que os elastómeros HNBR passassem a ser adequados para aplicações com biofuel.

Dada a facilidade com que podem ser processados, os materiais relativamente recentes conhecidos como elastómeros termoplásticos (TPE) estão a ganhar popularidade para um número crescente de aplicações no sector automóvel. As utilizações destes novos elastómeros, que podem ser fundidos como termoplásticos, estavam inicialmente limitadas às peças de toque suave para interiores de automóveis e em perfis interiores e exteriores. Entretanto, começaram a ser utilizados para peças do compartimento do motor, onde começaram a substituir elastómeros tradcionais em várias aplicações.  A MGI Coutier, fabricante francês de peças para o sector automóvel, usa os elastómeros termoplásticos de copoliéster (TPE-E) da DSM Engineering Plastics (Holanda) para fabricar condutas de ar para o compartimento do motor. A MGI Coutier firma que a microcristalinidade acrescida do material assegura um desempenho superior, especialmente a altas temperaturas. Além disso,  espessura e o pso podem ser reduzidos até 70%, comparativamente a componentes fabricados em borracha. O ponto de fusão é também mais elevado, pelo que o material suporta picos de temperatura até 175 °C. O copoliéster termopládtico pode ser usado a temperaturas de 150 °C durante 800 a 1000 oras e, de acordo com o fabricante, tem um módulo elástico três vezes mais elevado que os materiais precedentes.

Os termoplásticos vulcanizados (TPV) são também adequados para aplicações sujeitas a altas temperaturas no compartimento do motor. A gama Zeotherm do fabricante japonês Zeon tem uma variedade de graus de TPV oara injecção e sopro. As propriedades incluem a resistência a temperaturas até 150 °C durante longos períodos e picos de temperatura até 175 °C, bem como a possibilidade de ligação com poliamidas, designadamente no fabrico de peças bi-componente. O material é usado para peças como condutas de ar (intercoolers) e mangas para as colunas do volante. Assegura excelente robustez de vedação e isolamento nas condições do compartimento do motor. Também é adequado para mangas isoladoras nos tubos de entrada do motores turbodiesel, em que é habitualmente usado elastómero AEM.

Com uma resistência térmica até 170 °C e elevada resistência aos óleos de motor e transmissões, o TPV Hipex da Kraiburg TPE é comprável com os compostos de borracha de alta performance. O material baseia-se nos copolímeros bloco de estireno hidrogenado (HSBC) e liga com todos os principais componentes rígidos (PA, POM e PBT) no compartimento do motor. Isto torna a produção de peças bi-componente mais fácil e sem necessidade de vulcanização.

No que toca às várias opções de combinação de fases ou copolímeros bloco elásticos e termoplásticos, os TPE estão entre os elastómeros com desenvolvimento mais dinâmico e tem vindo a ser usados num número crescente de aplicações fora do sector automóvel. No sector médico, por exemplo, têm  vantagem da facilidade de processamento e, acima de tudo, da reversibilidade das ligações cruzadas, pelo que não ficam resíduos de vulcanização no produto. Este é um critério importante para as aplicações médicas. A Kraiburg TPE respondeu recentemente a esta tendência com o lançamento de uma nova gama de produtos.

Outra tendência que influencia os TPEs é a procura de uma maior compatibilidade ambiental. Enfrentando um procura em larga escala pelos transformadores e seus clientes, os produtores de TPEs estão agora a voltar-se para matérias-primas renováveis e polímeros biodegradáveis. Este desenvolvimento é um grande desafio, já que se espera que surjam materiais "bio" com pelo menos as mesmas propriedades dos actuais TPEs mas sem custarem um cêntimo mais. Estes biomateriais são destinados principalmente em aplicações nos segmentos "desporto" e "estilo de vida", em que o utilizador final vê e sente os materiais. Entre os materiais que já estão o mercado estão os TPUs bio da Bayer Material Science e os TPAs (poliéteramidas boco) Elastogran, da Arkema, produzidas a partir de matérias-primas 100% renováveis e materiais totalmente biodegradáveis da API (Itália).

O mais antigo bioplástico – a borracha natural – ainda pode surpreender pela novidade. O facto de a árvore da borracha – Hevea brailiensis – ter um cultivo geograficamente limitado sempre foi uma fonte de frustração para os importadores. Em 1867, os ingleses conseguiram romper o monopólio brasileiro e contrabandear as sementes. Durante a Segnda Guerra Mundial, os químico alemães, russos e americanos fizeram experiências com o dandelion, que também produz borracha natural. Mas dada a polimerização descontrolada logo que emerge da planta, esses esforços não foram bem sucedidos. Os cientistas do Instituto Fraunhofer de Biologia Molecular e Ecologia Aplicada, de Aachen, voltaram a pegar nesta ideia. Eles esperam que os dandelion geneticamente modificados venham a originar resultados interessantes e talvez reduzam a dependência dos fornecedores asiáticos.

Voltando aos pneus de automóveis, é nítido que as preocupações ambientais e a subida do preços do petróleo forçam a repensar este produto clássico de borracha. Já se demonstrou que 20% do consumo de combustível de automóveis e 30% do consumo de combustível de camiões é atribuível aos pneus. A prioridade máxima dos projectistas de pneus é reduzir estes valores. Logo no início dos anos 90, o "pneu verde" da Michelin representou um marco nesta tendência. O aspecto chave deste desenvolvimento foi o uso da sílica como carga. A Lanxess lançou agora um novo grau de borracha Nd-BR com elevado grau de resiliência e que reduz a resistência à rodagem. No entanto, os projectistas de pneus ainda enfrentam um dilema, ou melhor, um trilema representado pelas três propriedades físicas dos pneus: a capacidade para se "agarrar" à estrada, mesmo em condição húmida (wet grip),  resistência à abrasão e a resistência à rodagem. O problema está em que a melhoria de uma destas propriedades tem um efeito negativo nas outra duas. A solução pode estar ao alcance com a ajuda da nanotecnologia. Segundo a Lanxess, um novo aditivo de nanopartículas é capaz de melhorar simultaneamente as três propriedades.

Os novos materiais têm vindo a ser acompanhados por mudanças na tecnologia de processamento. O aumento dos custos de materiais e a queda dos preços de venda forçam os transformadores a melhorar continuamente os seus métodos de produção.  A maior parte das novas possibilidades será apresentada na K 2010 -  a maior feira mundial dos plásticos e borracha – de 27 de Outubro a 3 de Novembro em Dusseldorf. Nos anos mais recentes, vários desenvolvimentos n tecnologia de injecção rapidamente se tornaram standard. Em 2006, a Maplan distinguiu-se com a máquina DKG com auto-ajuste e capacidade de controlar as condições de processamento para tempos curtos de vulcanização e máxima qualidade do produto em apenas alguns ciclos. Entretanto, os fabricantes de máquinas de injecção para borracha surgiram com soluções técnicas diferenciadas para reduzir o tempo de aquecimento, economizar energia e melhorar a qualidade dos produtos. Também se registaram progressos na tecnologia de injecção com moldes frios, com a vantagem da economia de material devida ao facto de esta tecnologia não implicar gitos. Em função das exigências, é hoje possível escolher entre um largo leque de sistemas, desde  tecnologia cold runner standard até à tecnologia de controlo activo de injecção. A Desma, por exemplo, desenvolveu um sistema variável de cnis frios com bicos individualmente ajustáveis e que pode ser rapidamente ajustado aos moldes existentes, tornando esta tecnologia viável mesmo para pequenas séries. A tendência mais recente aponta para as máquinas de injecção eléctricas. Os transformadores de borracha podem agora tirar partido da eficiência energética. tal como os transformadores de termoplásticos. As possibilidades vão desde os sistemas de accionamentos totalmente eléctricos, como os apresentados pela Engel, até à tecnologia híbrida disponibilizada pela Maplan.