GUIA TÉCNICO DE ELASTÔMEROS
POLYURETHANE
ÍNDICE Aplicações.................................................................................................................................5 O que são Poliuretanos?.............................................................................................. 6 Propriedade dos Elastômeros.................................................................................. 8 Dureza........................................................................................................................................ 8 Resistência à Abrasão.......................................................................................................... 8 Propriedades de Compressão.......................................................................................... 9 Propriedades Mecânicas..................................................................................................... 9 Resistência ao Rompimento............................................................................................10 Resiliência................................................................................................................................10 Propriedades em Baixas Temperaturas........................................................................10 Propriedades de Tração e Alongamento..................................................................... 11 Propriedades Flexíveis......................................................................................................... 11 Resistência ao Calor............................................................................................................. 11 Resistência à Água................................................................................................................ 12 Propriedades Elétricas........................................................................................................ 12 Resistência ao Oxigênio e ao Ozônio.......................................................................... 12 Resistência a Óleo, Graxa e Produtos Químicos..................................................... 12 Resistência à Radiação........................................................................................................ 13 Resistência à Chama............................................................................................................ 13 Resistência ao Bolor, Mofo e Fungos........................................................................... 13 Propriedades de Fricção.................................................................................................... 13 Usinagem.................................................................................................................................. 13 Adesão a Outros Materiais............................................................................................... 13 Dados Gerais dos Elastômeros............................................................................... 14 Prazo de Validade e Armazenamento......................................................................... 14 Efeitos do Aquecimento do Pré-polímero................................................................ 14 Toxicidade................................................................................................................................ 14 Efeitos do Nível de Curativo............................................................................................ 14 Resolução de Problemas............................................................................................. 15 Tabelas de Resistência à Abrasão DIN.............................................................16 Glossário de Termos.......................................................................................................18 Fatores de Conversão.................................................................................................. 20 Dados Técnicos.................................................................................................................22 Técnicas de Fundição Erapol..........................................................................................22 Processamento Geral.........................................................................................................24 Guia de Aplicação.......................................................................................................... 26
APLICAÇÕES A vantagem do custo e desempenho superiores resultou em muitos casos de substituição de metal, borracha, madeira e plástico pelos elastômeros Erapol. Algumas aplicações são mostradas na tabela abaixo: Indústria AUTOMOTIVA
Aplicações • Ilhós metálico, mancais, buchas, acoplamentos flexíveis.
CONSTRUÇÃO CIVIL
• Moldes para concreto, vedações de válvulas, peças da bomba de concreto, impermeabilização.
TECIDOS REVESTIDOS
• Correias transportadoras, tanque de armazenamento de combustível, correias de transmissão de energia.
ELÉTRICA
ENGENHARIA DE COMPONENTES
ALIMENTO
• Encapsulamento, isolamento, potting, junção de cabos.
• Engrenagens, rodas dentadas, rodas-guia, engrenagem de tração de trilhos, placas separadoras, pastilhas de freio da prensa, guias de fios têxteis, correias de máquinas comerciais, acoplamentos.
• Revestimento de calhas, cestos de grãos.
MINERAÇÃO
• Revestimentos de caçambas, rolos transportadores, lâminas niveladoras, impulsores de flutuação celular, revestimentos de bombas, telas de classificação, tubos condutores, pastilhas transversais.
ÓLEO E GÁS
• Buchas, mancais, hidrociclones, bóias, ‘pigs’ de tubulação e niveladores, para-lamas, assentos de válvulas.
ROLOS
VEDAÇÕES E GAXETAS
CALÇADOS
RODA E PNEUS
• Rolos de placa, rolos de cunha, conformação de metais, impressão, transportador, revestimento de lata, fábrica de papel.
• Vedações pneumáticas e de óleo, diafragmas.
• Solas de sapatos, diafragmas de moldagem inferior, placas de desgaste, palmilhas com absorção de energia.
• Pneus de empilhadeiras, rodízios para serviço pesado, rodízios de escadas rolantes, rodas de patins, rodas de skate. 5
O QUE SÃO POLIURETANOS? Para o Químico
Para o Engenheiro
Para o Contador
Materiais poliméricos contendo grupos de uretano H O I II –N–C–O– produzidos pela reação de um poliol com um isocianato.
Materiais oferecendo diversas propriedades únicas que permitem que os produtos sejam fabricados para atender a uma variedade de aplicações exigentes.
Materiais que podem ser processados com baixo consumo de energia e desembolso de capital relativamente baixo em maquinário para produzir produtos que apresentam economia de custos através de um melhor desempenho.
Os elastômeros de poliuretano são materiais de acabamento, desenhos e construção únicos que combinam as diversas vantagens de plásticos rígidos, metais e cerâmicas com a elasticidade da borracha. Embora não seja alegado que poliuretanos sejam a resposta para todos os problemas, eles são extremamente versáteis e esta é a chave para o seu uso generalizado e crescente.
Os principais tipos de poliuretano são: •
POLIÉTER/TDI
•
POLICAPROLACTONA/TDI
•
POLIÉTER/MDI
•
POLICAPROLACTONA/MDI
•
POLIÉTER/TDI
•
SISTEMAS ALIFÁTICOS
•
POLIÉTER/MDI
•
SISTEMAS DE POLIUREA
Cada um deles têm suas próprias vantagens de desempenho. Consulte nosso departamento técnico para obter as recomendações específicas.
Como um guia geral: •
Poliéteres: são recomendados para aplicações onde a peça é submetida a estresse dinâmico, ou seja, eles incorrem em baixo acúmulo de calor. Eles também apresentam vantagem em alta resiliência, desempenho em baixa temperatura e resistência ao ataque da água (hidrólise). Os poliéteres também apresentam baixa viscosidade e gravidade específica.
•
Poliésteres baseados em uretanos: apresentam resistência a corte, rasgo, abrasão, óleo e solvente superior.
• Produtos baseados em MDI: apresentam pouco odor de isocianato, resistência superior à hidrólise e, com frequência, apresentam resiliência mais altas. •
Produtos baseados em TDI: são menos sensíveis à umidade, apresentam requisitos de tempos de desmoldagem mais curtos e temperatura de cura mais baixa se comparados aos tipos MDI.
•
Policaprolactonas: apresentam boa resistência a cortes, rasgos, suporte de carga e abrasão com a vantagem adicional de melhor resistência à hidrólise quando comparadas aos poliésteres.
•
Sistemas alifáticos: apresentam alta resistência a intempéries, alta resistência química e durabilidade em ambientes agressivos.
•
Sistemas de poliureia: são sistemas amínicos de reação rápida usados, em geral, em aplicações de spray. Esses sistemas têm boa resistência à água e a produtos químicos.
6
PROPRIEDADES DOS ELASTÔMEROS O poliuretano compete com muitos outros materiais, incluindo borracha, plástico e metais.
1. Dureza Os elastômeros estão disponíveis em uma grande variedade de dureza, de 10 Shore A, que é mais flexível do que a borracha, a 85 Shore D que é muito mais duro do que uma bola de golfe. Para as pessoas que não estão familiarizadas com esse método de medição de dureza, as imagens à direita mostram dois durômetros típicos.
1
2
A medição da dureza é uma ferramenta útil, entretanto, a variação nas leituras em uma ou duas unidades pode ser encontrada ao medir a maioria dos poliuretanos e borrachas. O Shore A é a escala de dureza mais comum usada até 95 – 100 (Shore A). Qualquer leitura acima desse nível de dureza deve ser medida na escala Shore D. A comparação entre as duas escalas é apresentada acima no Diagrama.
1. Testador analógico de dureza 2. Testador digital de dureza
2. Resistência à Abrasão Em aplicações de desgaste severo, os elastômeros oferecem durabilidade excelente quando comparados às borrachas, aos plásticos ou, até mesmo, aos metais. Deve ser ressaltado que a resistência à abrasão é uma propriedade complexa. A escolha de um elastômero apropriado deve ser baseada na experiência real ou em testes de serviços simulados. Para dados comparativos da abrasão, consulte as Tabelas de Resistência nas páginas 16 a 17.
8
2 1
1. Máquina de teste de abrasão DIN 2. Máquina de teste de abrasão Taber
3. Propriedades de Compressão Os elastômeros apresentam maior capacidade de suporte de carga do que os elastômeros convencionais de igual dureza. Isso origina aplicações bem-sucedidas, tais como: rodas e pneus industriais, rolos alimentadores e molas separadoras. Além das excelentes propriedades de suporte de carga em tensão e compressão, os elastômeros também apresentam alta capacidade de suporte de carga no cisalhamento.
a. Resistência a compressão (ASTM D-395 Método B) Mede a quantidade de deformação permanente que uma peça suportará quando carregada por um período. No ASTM D-395 Método B (veja acima), uma carga é gerada impondo uma compressão de 25% sobre uma amostra.
Placas
Amostras
Espaçadores
b. Deflexão da compressão (ASTM D-575) Isso é definido como carga compressiva da área inicial da seção cruzada que é necessária para produzir uma porcentagem estabelecida de alongamento. Os alongamentos comumente usados são 5%, 10% e 25%.
4. Propriedades Mecânicas Em baixa dureza, todos os materiais elastoméricos serão flexionados sob impacto. Como os elastômeros convencionais são combinados até a maior dureza, eles tendem a perder elasticidade e racham sobre impacto. Por outro lado, os elastômeros Erapol quando nos seus níveis mais altos de dureza, apresentam resistência a impacto significativamente melhor do que quase todos os plásticos. A resistência inerente, combinada com muitas outras propriedades excelentes associada aos Erapol de dureza mais alta, leva a mais aplicações em engenharia. 9
5. Resistência ao Rompimento Em geral, a resistência ao rompimento é uma forte indicação da dureza e durabilidade. A alta resistência ao rompimento resulta em vida útil mais longa. Em relação a isso, os elastômeros Erapol apresentam uma vantagem distinta sobre outros elastômeros convencionais.
Há dois testes comuns utilizados para medir a resistência ao rompimento
Teste com Corante C
D470 Teste
F F
F F
Mede basicamente a resistência à ruptura inicial.
Mede basicamente a ruptura propagação.
6. Resiliência A resiliência nos elastômeros convencionais é, em geral, uma função de dureza. Essa relação, muitas vezes indesejada, não é verdadeira com os elastômeros Erapol. Os produtos estão disponíveis em uma grande variedade de resiliência. Nas aplicações de elastômero para absorção de choque, compostos de baixo rebote normalmente são utilizados, ou seja, variação de resiliência de 10 a 40%. Para vibrações de alta frequência ou quando a recuperação rápida é uma exigência, são utilizados os compostos em resiliência de 40 a 65%. Em geral, a dureza é melhorada pela alta resiliência.
7. Propriedades em Baixas Temperaturas Muitos elastômeros permanecem flexíveis em temperaturas muito baixas e apresentam resistência excelente ao choque térmico. A resistência a baixa temperatura dos elastômeros tem permitido aplicações abaixo de 0°C. 10
8. Propriedades de Tração e Alongamento Os elastômeros são caracterizados pela alta capacidade de alongamento, alta resistência ao rompimento e módulo alto. Isso fornece uma combinação de dureza e durabilidade em relação aos elastômeros convencionais. Os testes de tensão são realizados em um tensiômetro conforme mostrado (veja abaixo). Nesse teste, estamos interessados no formato geral da curva da deformação por tensão (veja os gráficos abaixo) em um longo platô seguido por uma subida íngreme até a quebra indica dureza alta.
Resistência à tração (ASTM Métodos D412 e E6) A tensão de tração máxima que um material é capaz de desenvolver. É a força por unidade da área da seção cruzada original que é aplicada no momento da ruptura de uma espécie. É conhecida também como carga de ruptura, tensão de ruptura e resistência à tração final.
Alongamento (ASTM Método D412) A extensão entre as marcas de referência produzidas por uma força de tração a uma espécie como uma porcentagem da distância original entre as marcas. O alongamento final é aquele no momento da ruptura.
Tensiômetro
Tensão de Tração na Compressão
Tensão de Tração na Compressão 7000
1200
Tensão de tração, psi
Compressão, psi
1500
1000 750 500
5000 4000 3000 2000
250 0
6000
1000 0
5
10 Deflexão, %
Elastômero de poliuretano Erapol E95A Elastômero de poliuretano Erapol E83A Borracha natural 50 phr preta Shore 76 A
15
20
25
Borracha de goma natural Shore 50 A Policloropreno de neoprene Shore 65 A Elastômero de poliuretano Shore 50 A
0
0
100
200
300 400 500 Deflexão, % Alongamento, psi
Elastômero de poliuretano Erapol E95A Elastômero de poliuretano Erapol E83A Borracha natural 50 phr preta Shore 76 A
600
700
Borracha de goma natural Shore 50 A Policloropreno de neoprene Shore 65 A
9. Propriedades Flexíveis Os elastômeros sob flexão repetida resistem à rachadura. A taxa de crescimento de corte sob flexão pode ser reduzida através da diminuição da espessura da peça. Diferente de outros elastômeros convencionais, os elastômeros Erapol podem ser usados em seções muito finas por causa da sua resistência e dureza.
10. Resistência ao Calor Embora muitos elastômeros sejam adequados apenas para operação contínua até 90°C, o uso intermitente é possível até 120°C. Usando materiais especialmente formulados, a operação contínua até 120°C ou até mesmo mais alta pode ser obtida. 11
11. Resistência à Água Dependendo do tipo, os elastômeros de poliéter são resistentes aos efeitos da imersão em água e apresentam excelente estabilidade a longo prazo em água até 50°C. O uso contínuo em água quente superior a 80°C não é recomendado para sistemas padrão. A absorção de água é muito baixa, na faixa de 0,3 a 1,0% por peso e o aumento do volume é insignificante. Isso significa, por exemplo, que os elastômeros podem operar em estreita tolerância nos mancais lubrificados à água sem temer emperramento. A taxa de transmissão de vapor da umidade dos elastômeros Erapol é relativamente alta e a vantagem é considerada desse fato em algumas aplicações. Entretanto, quando essa propriedade pode ser desvantajosa, pergunte ao nosso Departamento de Serviço Técnico sobre a adequabilidade dos elastômeros Erapol para qualquer aplicação particular.
12. Propriedades Elétricas Em geral, os elastômeros possuem propriedades isolantes muito boas e são usados em aplicações de envasamento e encapsulamento.
13. Resistência ao Oxigênio e ao Ozônio Produtos feitos de elastômeros são altamente resistentes à degradação pelo ozônio e oxigênio atmosférico. Testes nas amostras, com mais de 500 horas em uma atmosfera contendo 3ppm de ozônio mostram que não há ataques mesmo sobre tensão de 20%. A experiência anterior mostrou que os materiais resistem à concentração de várias centenas de horas e são quase imunes ao ataque através de concentrações atmosféricas normais. Isso mostra o sucesso dos elastômeros quando utilizados em torno de equipamento elétrico, sem endurecimento e rachadura, muitas vezes experimentados em elastômeros convencionais e muitos plásticos.
14. Resistência a Óleo, Graxa e Produtos Químicos Muitas borrachas e plásticos apresentam excelente resistência a um ou mais solventes específicos, óleos ou produtos químicos. Os elastômeros Erapol são resistentes a uma grande variedade de produtos químicos, o que significa que eles podem ser usados em muitos ambientes químicos, com exceção de ácidos fortes, base alcalina e determinados solventes. Como com todos os materiais que estão sendo examinados para resistência ao óleo e produtos químicos, é preferível colocar uma amostra do material em serviços real. Se isto não for possível, devem ser realizados testes que simulem as condições reais de serviço, tanto quanto possível.
12
15. Resistência à Radiação Os elastômeros Erapol apresentam melhor resistência à radiação dos raios gamas do que os elastômeros convencionais. Eles mantêm uma proporção elevada da sua flexibilidade e dureza originais quando expostos à radiação gama.
16. Resistência à Chama Os elastômeros podem ser formulados para atender diversas especificações de autoextinção ou resistência ao fogo.
17. Resistência ao Bolor, Mofo e Fungos Os elastômeros formulados adequadamente, normalmente com base de poliéter, não causam proliferação de fungos e geralmente são resistentes a esse ataque. Isso os torna particularmente adequados para ambientes tropicais.
18. Propriedades de Fricção Os elastômeros de poliuretano são semelhantes a maioria dos plásticos e elastômeros, em que a fricção contra superfícies não lubrificadas geralmente reduz com o aumento da dureza. Um alto coeficiente de fricção é valioso para produtos como pneus industriais sólidos, rolos alimentadores, rolos de acionamento, etc. Compostos de alta dureza apresentam coeficiente de fricção mais baixo. Essas formulações são muito utilizadas para buchas, mancais e tiras de desgaste. O desgaste dos eixos e das superfícies de contato é mínimo e, normalmente, menos considerável do que com materiais plásticos.
19. Usinagem Os elastômeros podem ser usinados usando equipamento convencional.
20. Adesão a Outros Materiais Durante o processo de moldagem inicial e sob condições controladas, os elastômeros podem aderir uma grande variedade de substratos. Adesão de alta resistência pode ser obtida para a maioria dos metais, madeira e muitos plásticos. A resistência à adesão muitas vezes excede a resistência ao rasgo dos elastômeros Erapol. A resistência à adesão do Erapol ao metal normalmente é muitas vezes maior do que da borracha para o metal. É mais difícil aderir chapas e elastômero curados ou moldagem em outros materiais, mas técnicas especiais precisam ser desenvolvidas para satisfazer a maioria dos requisitos. 13
Dados Gerais dos Elastômeros 1. Prazo de Validade e Armazenamento A maioria dos pré-polímeros tem um prazo de validade de 12 meses quando armazenados fechados nas suas embalagens originais em temperaturas inferiores a 25°C. O teor de isocianato de todos os pré-polímeros reduzirá através da reação com a umidade ou calor. Tambores devem ser parcialmente cobertos com nitrogênio seco.
2. Efeitos do Aquecimento do Pré-Polímero O teor de isocianato (NCO) de todos os pré-polímeros reduz com o tempo e especialmente com a exposição ao calor. A tabela abaixo mostra o tempo acumulado considerado em várias temperaturas para degradar pré-polímeros. Temperatura/°C
Prazo
60
7 dias
70
3 dias
80
36 horas
90
12 horas
100
8 horas
3. Toxicidade Os pré-polímeros contêm grupos de isocianatos reativos e devem ser manipulados com cuidado. Evite a inalação de vapores e o contato com a pele. Equipamentos de proteção individuais (EPI) apropriados devem ser usados e a ventilação adequada deve ser fornecida. Para obter mais informações, consulte a FISPQ.
4. Efeitos do Nível de Curativo Todas as propriedades físicas dos elastômeros são sensíveis ao nível curativo. O nível do curativo é muitas vezes expresso como teoria da %. A tabela abaixo mostra como as propriedades físicas variam com a teoria da %. Alteração
Propriedades Físicas Dureza Resistência à tração Resistência ao rompimento Resistência à abrasão Flex Life Alongamento Ajuste da compressão e resistência ao calor 14
• Permanece inalterado entre 85 a 100 %. • Propriedades físicas máximas obtidas entre a teoria 90 a 95%. • Propriedades máximas na teoria de 100 a 105%. Significativamente menos fora da faixa. • Permanece relativamente inalterado entre a teoria 85 a 105%. Um pouco melhor na teoria de 100 a 105%. • Propriedades máximas na teoria de 100 a 105%. • Novamente máxima na teoria de 100 a 105%. • Melhor na teoria 85 a 95%.
Resolução de problemas A tabela abaixo lista os problemas comumente encontrados e suas soluções
Baixa Temperatura da Estufa
Contaminação de Curativo
Cura Insuficiente
Perda e Nco do Pré-Polímero
Técnica de Fundição
Moldes Sujos
Vazamentos no Cabeçote
Nitrogênio ou Solvente
Vácuo Inadequado
Inadequada Temperatura
Exotermia Alta
Má Mistura
Fora da Relação
POSSÍVEL CAUSA
Dureza Baixa Pontos Úmidos Rasgo Inadequado Superfície Macia Alto Encolhimento
PROBLEMA
Bolhas de Ar Efeito Floco de Neve Pele Branca Buracos na Peça Curto Pot Life Quebradiço/Fissuras Formação de Espuma Estrias Baixa Resistência à Tração
15
Tabelas de resistência à abrasão DIN Resistência à Abrasão DIN - Poliéteres TDI de Alto Desempenho 220 200 180
Abrasion Loss/ mm³
160 140 120 100 80 60 40
Ru ra l
BA M
Na tu
ET
X8
bb
er
5D
D ET
X7
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X ET
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0A EH
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A
70
P EH
P6
5A
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P9
3A
0A P9 EH
P EH
EH
A
83
5A
0A
E9
E9
3A
E8
E9
0
3A
20
Resistência à Abrasão DIN - Poliésteres TDI de Alto Desempenho 220 200 180
Abrasion Loss/ mm³
160 140 120 100 80 60 40
be
r
7D
P5
BA M
Na tu
EC
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5A
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3A EC P9
3A P8
2A
P7
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EC
0
05
3 RN
P6
3 RN
EC
9
03
8
D
50
RN
03
A
90
RN
RN 3
A 83 RN
RN 70 A
0
1A
20
16
Tabelas de resistência à abrasão DIN Resistência à Abrasão DIN - Poliéteres MDI de Alto Desempenho 220 200 180 160
Abrasion Loss /mm³
140 120 100 80 60 40
r be
5
ub
-9
lR ta
EM
BA M
Na tu
EM
EM
90
5-
3 D1
35
35 D1 EM
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5-
3 D1
D1
-7
0 -7 35
EM
EM
80
5-
3 D1
EM
5
-6
35
D1
D1
3 D1
EM
2D
60
5-
D5 EM
EM
D9
6A
3A D9 EM
0A D9 EM
EM
D8
5A
0
5
20
Dados de Laboratório
Dados do Campo
PE W M
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AR
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ap Er
Na tu
ra l
Ru
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er
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SB R
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HD
PE
Useful Life(% of Erapol)
Desempenho da Resistência à Abrasão do Laboratório X Dados de Campo para Materiais Comumente Usados
Abreviações: HDPE - High Density Polyethylene (Polietileno de alta densidade), PVC - Polyvinyl Chloride (Policloreto de Vinila), SBR - Styrene Butadiene Rubber (Borracha de butadieno estireno), CS - Carbon Steel (Aço carbono), TPO - Thermoplastic Olefin (Olefina Termoplástica), AR Steel - Abrasion Resistant (Resistente à abrasão), UHMWPE - Ultra High Molecular Weight Polyethylene (Polietileno de peso molecular ultra alto), COPE - Copolyester/ether (Copoliéster/éter), Erapol - Poliuretano. 17
Glossário de termos Aditivo – um material que não faz parte da reação química, mas é incluído para alterar o produto final, por exemplo,
enchedores, pigmentos, retardadores de chamas, etc.
Moldagem – essencialmente, o enchimento de moldes abertos com poliuretano líquido. Catalisador – um ingrediente nos sistemas de poliuretano que inicia uma reação química ou aumenta a taxa da reação
química.
Reação em cadeia – o alongamento da cadeia principal ou espinha dorsal das moléculas de polímero por uma extremidade à outra de fixação. Componente – um fluxo medido separadamente do líquido que será introduzido diretamente no cabeçote de mistura.
Reticulação – a formação de ligações químicas entre as cadeias moleculares. Cura – um termo que se refere à plenitude da reação química. Agente de cura – um componente que resulta em atividade química entre os componentes, com um aumento na taxa de cura.
Tempo do ciclo – um termo mais comumente usado em situações onde muitos itens estão sendo fabricados em uma
linha de produção automática ou semiautomática. Ele inclui o tempo necessário para preparação do molde, incluindo aplicação do agente de liberação, distribuição de componentes, reação, cura e desmoldagem.
Degradação – a deterioração de uma substância causada pelo contato com seu ambiente. Tempo de desmoldagem – o tempo entre a distribuição de componentes líquidos no molde e a remoção do artigo
a ser produzido.
Ponto de orvalho – a temperatura na qual um vapor começa a se condensar. Elastômero – um material como a borracha flexível ou semirrígido não necessariamente feito a partir do que é convencionalmente considerado como uma borracha. Alongamento – o aumento no comprimento de uma espécie no instante antes da ruptura. Expresso como uma porcentagem do comprimento original.
Exotermia – calor gerado por uma reação química. Retardador de chama – uma substância que é adicionada a uma formulação de polímero para reduzir ou retardar sua
tendência a queimar.
Dureza – a propriedade da superfície em relação à resistência do recorte. Grupo hidroxila – Radical do oxigênio e do hidrogênio combinado (–OH) que forma o grupo reativo nos polióis. Resistência ao impacto – capacidade para suportar impactos mecânicos ou físicos sem a perda das propriedades de proteção.
Isocianato – o nome da família de compostos químicos com um ou mais grupos NCO ligados à cadeia principal. MDI – uma abreviação para diphenylMethane Di Isocyanate (diisocianato de difenilmetano). Microcelular – um elastômero de estrutura celular ou de espuma. 18
Mil – um milésimo de uma polegada, 0,001 polegada. Uma unidade usada para medir a espessura do revestimento. Moldagem – o processo de produzir um artigo acabado a partir de um molde fechado. NDI – Naphthalene Di Isocyanate (Diisocianato de naftaleno). NCO – Nitrogênio, Carbono, Oxigênio. A fórmula química para um grupo de isocianatos. Poliéster – composto polimérico, com grupos hidroxila reativos contendo ligações ésteres. Poliéter – compostos poliméricos com grupo hidroxila reativos contendo ligações éter. Polímero – um composto de peso molecular alto, natural ou sintético, cuja estrutura química pode ser representada por uma unidade menor repetida. Poliol – um composto químico com mais de um grupo de hidroxilas reativo anexado à molécula. Pós-cura – o período de cura depois que o produto foi removido do molde. Em alguns casos, é usada a cura acelerada em temperaturas elevadas.
Pot Life – a duração do tempo após a mistura de dois componentes durante o qual o polímero permanece suficientemente líquido para ser processado.
Pré-polímero – um intermediário químico fabricado pela reação de todos os isocianatos com uma parte ou com
todos os poliois.
PTMEG – Poly Tetra Methylene Glycol (Politetrametileno glicol) PU – abreviação de poliuretano RIM – Reaction Injection Moulding (Moldagem por reação). O processo de injeção de uma mistura reagente de poliuretano em um molde. Sisema – um termo bastante ambíguo usado para descrever praticamente qualquer combinação de peças mecânicas
ou produtos químicos que têm alguma relação entre si. Muitas vezes usado para descrever o fornecimento de todos os componentes químicos necessários para produzir um poliuretano.
TDI – abreviação para Toluene Di Isocyanate (Tolueno diisocianato). Termofixo – um polímero que cura irreversivelmente de um estado líquido para um estado sólido. Termoplástico – um polímero que vira líquido quando aquecido e congela em um estado sólido quando resfriado. Tixotrópico – que tem a propriedade de redução da viscosidade com o aumento da tensão de cisalhamento. Um revestimento é tixotróprico se afina com agitação ou bombeamento, mas engrossa quando o movimento reduz. Viscosidade – uma medida da espessura de um líquido. Quanto menor o número, mais fino o líquido. Componentes Orgânicos Voláteis (VOC) – materiais orgânicos que evaporam em temperaturas e pressões normais, materiais orgânicos com pressão do vapor superior a 0.1 mm Hg em uma atmosfera.
19
Fatores de conversão Fórmulas geométricas Círculo Área = π r2 ou πD2 / 4 Circunferência = πD ou 2πr (r = raio, D = diâmetro, π = 3.1429)
Esfera Área de superfície = 4π r2 ou πD2 Volume = 4/3π r3 = 1/6 π D3 = D3 x 0.5238
Cilindro Volume = π r2 h (h = altura)
Retângulo ou quadrado Área = L x h (L = comprimento) (h = altura)
Caixa Volume = L x W x h (L = comprimento) (W = largura) (h = altura)
Rolo (Volume externo) - (Volume interno) = ( πro 2 ho) - ( πri 2 hi)
Volume para cálculo da massa Massa = densidade x volume
Espessura 1 mil = 25.4 microns = 0.0254 mm 1 mm = 40 mils = 1000 microns
Área 1 m2 = 10.76 ft2 1 ft2 = 0.093 m2
Comprimento 1 m = 3.28 pés 1 cm = 0,4 polegadas 1 pé = 0,305 m 1 polegada = 2,54 cm 20
Propriedades físicas 1 kN/m = 5.71 pli 1 N/mm2 = 145 psi = 1 MPa
Peso 1 kg = 2.2 lb 1 lb = 0,454 kg
Volume 1 galão americano = 3,78 litros 4 galões americanos = 15,14 litros 44 galões americanos = 166,6 litros 55 galões americanos = 108,2 litros
Temperaturas ºC = 5/9 x (ºF - 32) ºF = (9/5 x ºC) + 32
Pressões 100 kPa = 0.1 MPa = 14.5 psi = 1 bar
Densidade 1 g/L = 0.062 lb/ft3 1 lb/ft2 = 4.88 kg/m2 1 ft3 = 0.028 m3 1 kg/m3 = 0.0624 lb/ft3
Viscosidades Aproximadas dos Materiais Comuns Viscosidade do Material em Centipoise
Água
Óleo de Motor SAE 20
Óleo de Mamona
Xarope de Chocolate
Nata
1 cps
140 – 420 cps
1,000 cps
25,000 cps
100,000 cps
Leite
Óleo de Motor SAE 30
Xarope Karo
Ketchup
Manteiga de Amendoim
3 cps
420 – 650 cps
5,000 cps
50,000 cps
250,000 cps
Óleo de Motor SAE 10
Óleo de Motor SAE 40
Mel
Mostarda
85 – 140 cps
650 – 900 cps
10,000 cps
70,000 cps 21
DADOS TÉCNICOS Técnicas de Fundição Erapol Os poliuretanos Erapol podem ser misturados manualmente ou através de máquinas injetoras. Os materiais misturados podem ser fundidos em moldes abertos ou moldados em moldes fechados, que só são necessários para suportar pressões relativamente baixas, ou podem ser aplicados através de Spray. Esta folha de dados destacará o processo de mistura manual.
Escopo O procedimento a seguir é aplicável a poliuretanos fundidos a quente, onde o calor é aplicado aos componentes, moldes e cura.
Equipamento O equipamento a seguir é o requisito mínimo para poliuretanos fundidos a quente. Ele pode variar de acordo com o tipo de material e a aplicação. Área de armazenamento de componentes – o pré-polímero de poliuretano pode se solidificar quando a temperatura ficar abaixo de 15°C. Uma tentativa deve ser feita para armazenar pré-polímeros entre 20 e 30°C. O curativo não solidificará. Balança – a relação de mistura do pré-polímero com o curativo deve ser mantida em uma precisão de (±) 2%. Se você está pesando 1 kg, você deve estar entre 980 e 1020g. A maioria dos sistemas tolera menor precisão, entretanto, as propriedades físicas serão comprometidas. Use uma balança que seja fácil de usar (ex.: digital) e precisa. Aquecimento do componente – não aqueça todo o conteúdo na temperatura do processamento se não for utilizá-lo. Você deve pesar o pré-polímero suficiente para colocar e aquecer na temperatura do processamento. Os pré-polímeros podem ser aquecidos em um forno de micro-ondas, gás ou elétrico, ou em uma chapa quente elétrica. Não aqueça demais o pré-polímero. A ventilação é necessária para o aquecimento. Fornos – os sistemas de fundição a quente requerem que os moldes sejam pré-aquecidos (moldes frios podem encolher) para cura e pós-cura. O forno deve ser capaz de manter a temperatura entre 80 e 100°C durante 16 horas. Eles devem ser designados para que os moldes quentes possam ser removidos e substituídos (após a fundição) facilmente e sem perigo. Alguns fornos possuem uma mesa de rolagem na qual os moldes se assentam ou uma porta grande o suficiente para fundir enquanto estiver no forno. As condições recomendadas de cura/pós-cura devem ser mantidas ou, novamente, as propriedades físicas serão comprometidas. Se uma peça de fundição não couber no forno atual, um forno improvisado deve ser construído. Pode consistir de lona ou papelão envolvendo completamente o molde, com um ventilador de ar quente soprando sobre o molde. Moldes – recomendamos que sejam pré-aquecidos e pré-revestidos com agente de desmolde. Moldes de metal ou poliuretano apresentam longa duração e êxito, contanto que sua manutenção seja realizada. Isso inclui a limpeza regular com 1,1,1-tricloroetano e cuidados gerais de manuseio. Desgaseificação – é necessária para que os moldes fiquem livres de bolhas. As bolhas vêm do processo de mistura e derramamento. Normalmente, a desgaseificação não é necessária se o pigmento foi adicionado ao polímero, pois ele mascara as bolhas. O polímero pré-aquecido pode ser desgaseificado antes da adição da cura, depois que a cura tiver sido completamente misturada, ou uma combinação de ambos. Isso depende da vida útil do polímero. Se a vida útil for superior a 5 minutos, esse é o tempo para desgaseificar após a adição da cura. A desgaseificação consiste de uma câmara e uma bomba de vácuo. A câmara de vácuo pode ser feita de um tubo de aço de calibre pesado com uma base de aço soldada e uma tampa de Perspex transparente com 20 cm de espessura. Um manômetro deve ser fornecido para verificar a vedação. Um volume entre 20 e 30 litros é um tamanho robusto. A capacidade da bomba de vácuo não deve ser inferior a 12m3/hr, 16 e 25m3/hr para desgaseificar mais rápido. 22
Recipientes de mistura – o poliuretano curado não gruda nos baldes de plásticos de PE, após a fundição, deixe o resíduo curar e, em seguida, remova o poliuretano sólido. Recipientes de metal ou plásticos podem ser utilizados. Os recipientes de plásticos podem ser usados no micro-ondas, os de metal não.
Procedimento 1. Preparação do molde – limpe o molde e pulverize ou escove com Eralease (agente de liberação) enquanto o molde estiver frio. Coloque o molde no forno ajustado na temperatura recomendada. 2. Calcule a quantidade necessária de material. Se o volume do molde for 1 litro, multiplique por 1,1 para obter a quantidade em quilogramas, ou seja, 1 L é 1.1 kg. Você deve permitir material perdido no recipiente de mistura. Se 5,2 kg de polímero for misturado e a proporção da mistura for 100/12, o cálculo a seguir será utilizado.
Pré-polímero..................... 5200g x 100/112 =
4643g
Cura..................................... 5200g x 12/112 =
557g
5200g
3. Decante a quantidade necessária de pré-polímero em um recipiente adequado e disperse o pigmento, se necessário. Aqueça com a temperatura de processamento recomendada. A desgaseificação é necessária. 4. Adicione o valor correto da cura e misture completamente fazendo o movimento de um oito. Raspe todas as laterais e o fundo. Um pedaço de cabo de aço longo pode ser útil. Uma furadeira de baixa velocidade com um misturador acoplado pode obter pouco êxito, pois os lados e o fundo não podem ser misturados completamente. Isso deve demorar entre 2 e 5 minutos. Se a vida útil permitir a desgaseificação, ela deve ser feita para remover todas as bolhas formadas durante a mistura. 5. Coloque o polímero misturado em um molde pré-aquecido. Não raspe o resíduo do recipiente de mistura nos moldes, pois isso deixará uma massa pegajosa (fora da proporção) na peça fundida. 6. Substitua o molde cheio dentro do forno e deixe-o curar. O tempo de desmoldagem é determinado quando o poliuretano não apresenta mais aparência de queijo, isto é, não é mais possível remover pedaços de poliuretano usando a unha. A pós-cura pode ser feita no molde ou desmoldada. 7. Certifique-se de que a cura completa tenha sido aplicada na temperatura correta. Remova do forno e deixe esfriar até atingir a temperatura ambiente. O poliuretano agora está pronto para o serviço.
Grandes Derramamentos O procedimento acima também é usado para grandes derramamentos onde o polímero inteiro não pode ser misturado com a seguinte variação, por exemplo, derramamentos de 112 kg (pré-polímero + cura). a. Divida o material em tamanho de fácil manuseio. b. Pese 10 recipientes de pré-polímero e 10 de cura Aqueça e desgaseifique o pré-polímero. c. Uma pessoa mistura o poliuretano e a outra despeja.
Informações Todos os dados, como temperatura, vida útil, tempo de cura, etc., são encontrados na Folha de Dados Técnicos ou no Folheto da Era Polymers. Para obter mais informações, entre com contato com a equipe técnica da Univar Brasil ou da Era Polymers. 23
Processamento Geral Processamento e Manuseio de Pré-Polímeros Erapol Armazenamento Os pré-polímeros Erapol devem ser armazenados em um local seco em temperaturas entre 20 e 30°C. Em temperaturas abaixo de 20°C, os pré-polímeros Erapol aumentarão a viscosidade, tornando a fluidez ou o bombeamento muito mais difícil. O armazenamento por longos períodos em temperaturas mais baixas também causa a solidificação do pré-polímero. Se o pré-polímero solidificar, nenhum dano ocorrerá ao pré-polímero Erapol, entretanto o pré-polímero precisará ser aquecido para fundi-lo e, depois, agitado antes do processamento. Temperaturas de armazenamento superiores a 30°C devem ser evitadas, pois o teor de isocitano reduzirá lentamente. O teor de isocitano de todos os pré-polímeros Erapol também reduzirá através da reação com a umidade. Após o uso, todos os tambores parciais devem ser cobertos com nitrogênio seco para substituir o ar úmido. Isso minimiza a umidade introduzida, que pode reagir potencialmente com o pré-polímero. Se a umidade que entra no tambor ‘descama’ com frequência, forma-se uma película de poliuretano dura na superfície do Erapol. Se houver dúvida quanto à qualidade do pré-polímero, devido ao derretimento repetido ou escamação, envie imediatamente uma amostra líquida do pré-polímero para a Era Polymers para análise de NCO. Isso verificará se o pré-polímero ainda está de acordo com a especificação ou não.
Aquecimento ou Fusão de Pré-Polímeros TDI ou MDI O teor de isocianato (NCO) de todos os pré-polímeros reduz com o tempo e, especialmente, com a exposição ao calor. A tabela abaixo mostra quanto tempo, em uma determinada temperatura, os pré-polímeros podem suportar antes de uma redução notável nas propriedades físicas do polímero final a ser observada. Na tabela abaixo pode ser visto que o aquecimento/fusão em temperatura alta ou por um tempo estendido degrada seriamente os prépolímeros Erapol. Temperatura/°C
Prazo
60
7 dias
70
3 dias
80
36 horas
90
12 horas
100
8 horas
Métodos diferentes de aquecimento são possíveis e estão listados abaixo na ordem de eficiência. • Ventilação forçada da caixa quente – bom fluxo de calor ao redor de um tambor resulta em fusão eficiente (rápida). É uma boa prática colocar o tambor em paletes para que o calor possa circular ao redor do tambor. Isso permite que um grande número de tambores possa ser fundido ao mesmo tempo. O processo de aquecimento pode ser reduzido ainda mais, colocando um rolo de tambor dentro do forno e rolando o tambor enquanto ele aquece. • Forno – um forno de laboratório padrão também pode ser usado. Isso é útil para pequenas quantidades. • Mantas de aquecimento – uma variedade de mantas de aquecimento está disponível. As melhores são controladas termostaticamente e, por isso, há poucas chances de superaquecimento. É importante não ajustar a manta de aquecimento ao máximo como uma tentativa de aquecer o material rapidamente. Isso produzirá aquecimento localizado na manta e o desenvolvimento de pontos quentes. 24
• Fornos de micro-ondas – esse método é recomendado para pequenas quantidades (1-2 kg) e aquece o pré-polímero muito rapidamente. Tome cuidado para não aquecer demais o pré-polímero, pois a temperatura aumenta muito rápido. Esse é um bom método para aquecer um pré-polímero derretido na temperatura do processamento. Nota: O pré-polímero precisa ser transferido para um recipiente transparente para micro-ondas, como um recipiente de plástico, não de metal. Use as micro-ondas por um período curto e, em seguida, verifique a temperatura com um termômetro ou agitador. Se a temperatura não for alta o suficiente, repita o processo. • Chapa quente – o método menos aceitável. Isso pode ser útil para pequenas quantidades (o máximo é 4 kg), particularmente em uma situação de laboratório. A fusão precisa ser monitorada cuidadosamente, pois uma desvantagem séria é que o aquecimento é apenas a partir da parte inferior e a geração de um ponto quente derivado do superaquecimento localizado é claramente possível.
Fusão de Pré-Polímeros TDI ou MDI Os tamanhos de pacotes típicos dos pré-polímeros Erapol são tambores de 1-4 kg, 20 kg, 60 kg e 200 kg. Dependendo do tamanho das amostras, diferentes procedimentos de aquecimento/fusão serão necessários. • Baldes de 1-4 kg e 20 kg devem ser aquecidos à noite em um forno a 65-70°C. Após o aquecimento, o tambor deve ser rolado para garantir que o material fique uniforme antes da amostragem. • Tambores de 60 kg e 200 kg devem ser aquecidos a 75-80°C pelo mínimo de 16 horas em um forno. Se o material for sólido, então, você precisa aquecer por 24 horas a 75-80°C. Depois, role o tambor por 10 minutos após a fusão dos tambores para garantir que o polímero esteja uniforme. Nota: Se você puder rolar o tambor em um forno, pode fundir o pré-polímero sólido a 70-75°C por 16 horas. Nota: Quando o Erapol for fundido, se o material não for usado imediatamente, a temperatura deve ser reduzida a partir da temperatura de processamento. Se o Erapol não for utilizado imediatamente, o recipiente deverá ser armazenado a 20-30°C em um palete, prateleira ou isolado de um piso frio. Na teoria, um pré-polímero pode ser fundido e se solidificar repetidas vezes. Entretanto, na prática, não recomendamos fundir mais de 4 vezes, pois cada processo de fusão degrada um pouco o pré-polímero.
Aquecimento de Pré-Polímeros TDI ou MDI na Temperatura do Processamento Para aquecer o Erapol nas temperaturas de processamento, os mesmos métodos de aquecimento podem ser usados, conforme descritos acima. De maneira ideal, o Erapol não deve ser aquecido e resfriado repetidamente, em vez de aquecido à temperatura do processamento e usado imediatamente. Efeitos da temperatura no pré-polímero Erapol A temperatura do pré-polímero Erapol tem um efeito significativo na viscosidade do material. Pois essa temperatura aumenta e a viscosidade é reduzida. Saúde e proteção pessoal Os pré-polímeros Erapol contêm isocianato livre, TDI ou MDI, e todos os processos de aquecimento devem ser manipulados em uma área bem ventilada, com o equipamento de proteção individual correto. Isso é importante, pois durante o processo de aquecimento serão gerados vapores de isocianato.
25
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Resistência às temperaturas
Montagens de suspensão
Aplicações em mineração
Rodízios
Isolamento elétrico
Engrenagens
Placas de corte
Rodas de roletes
Vedação de óleo
Rolos de impressão
Revestimento de tubo
Lâminas niveladoras
Moldes em geral
Moldes de concreto
Mancais
Rolos
Telas
Buchas
Rodas
Aplicação
Guia de Aplicação
CC
CCM
RT
Cura a Frio / TDI E
EHP ETX ET
Poliéter/ TDI EMP
ETL
RN
SDR
HTE
Poliéster / TDI ECP
EMD
EMD135
Poliéter/ MDI
ME165
EME140F
Poliéster / MDI
POLYURETHANE
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