Atividades Desenvolvidas



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1 INTRODUÇÃO
O estágio foi realizado na Indústria de Artefatos de Borrachas Wolf Ltda., no período de 04 de janeiro a 19 de maio de 2006. A unidade fabril da Wolf está fixada no Centro de Jaraguá do Sul, situada à Rua Henrique Piazera, 194.
Os trabalhos propostos pela Empresa durante o período de estágio não se restringiram às atividades exercidas pelos outros estagiários, por se tratar do terceiro estágio realizado pelo aluno na Wolf, podendo contribuir de forma muito mais consistente e madura em todo o processo fabril, devido à experiência acumulada dos estágios anteriores.
O setor destinado para o estagiário foi o Desenvolvimento Avançado, onde se contou com a orientação do Sr. Tomaz G. Navarro Jr. e supervisão do Sr. Amauri Pontes.
Além de participar de diversas atividades em todo processo fabril pode-se durante o período de estágio realizar o trabalho de conclusão de curso. Devido à importância que esse trabalho representa na formação do aluno e para não voltar a repetir atividades já relatadas nos estágios anteriores esse relatório abordará de forma resumida o TCC.

2 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS
A borracha faz parte de um grupo de materiais industriais conhecidos como materiais de engenharia, que inclui também metais, fibras, concreto, madeira, plástico, vidros, dos quais depende parte da tecnologia moderna.

Nos dias atuais, o emprego da borracha é muito amplo, pois as características e propriedades que os elastômeros reúnem fazem com que alcancem praticamente todos os setores da economia: automobilístico, calçadista, construção civil, plásticos, materiais hospitalares e outros também de grande importância no dia-dia da sociedade. As borrachas podem ser encontradas na forma natural ou sintética.

As borrachas sintéticas diferenciam-se quanto à sua composição e características específicas. Foram produzidas com a finalidade de atender as necessidades do setor industrial onde a borracha natural não poderia ser utilizada. Empregam como monômeros vários compostos constituindo unidades que se repetem ao longo das cadeias moleculares.

Dentre as borrachas sintéticas destacam-se as borrachas de silicone. O silicone é qualquer polímero químico, manufaturado na forma de fluido, resina ou elastômero (borracha sintética), cuja cadeia básica é formada de átomos alternados de silício e oxigênio (Si-O), de modo análogo ao dos compostos orgânicos. Por serem desprovidos de átomos de carbono em sua cadeia principal, esses polímeros não são considerados orgânicos, embora o sejam, os radicais mais importantes ligados ao átomo de silício. São eles o grupo metila (CH3) nos metil-silicones e o fenila (-C6H5) nos fenil-silicones.

As borrachas de silicone podem ser fornecidas com várias consistências desde líquidos de pouca viscosidade até pastas duras bastante viscosas e ainda materiais que curam na temperatura ambiente.

Uma borracha de silicone pode diferir de outras quanto às características como tensão, resistência ao calor, flexibilidade à baixa temperatura ou resistência aos solventes, dependendo dos radicais orgânicos substituídos na cadeia polimérica. A maioria de suas propriedades físicas apresenta valores relativamente baixos à temperatura ambiente, porém sua principal característica é manter a resistência à tração e a elasticidade numa faixa muito mais ampla de temperatura que as borrachas orgânicas. Possuem ainda boas propriedades


elétricas, resistência ao envelhecimento, intempérie e ozônio e a estabilidade de cor é excelente.

As borrachas de silicone possuem elevado custo quando comparadas as demais borrachas, entretanto em aplicações onde se necessita principalmente de elevada resistência a altas e baixas temperaturas seu uso se torna indispensável.

A obtenção do elastômero de silicone é feita através de um processo de síntese, onde são gerados diversos resíduos que posteriormente são descartados. Atualmente alguns fornecedores desse tipo de matéria prima vem colhendo esses resíduos e formando novos grades de elastômero com custo bem atrativo.

A indústria de Artefatos de Borrachas Wolf processa em média 180 toneladas/mês de borrachas, dentre as quais 15 toneladas são de borracha de silicone, aplicadas em diversos produtos de sua linha de fabricação, como na área de eletrodomésticos, automobilística e indústria de motores a explosão interna (Moto Serras).

Considerando-se o elevado custo de uma formulação à base de silicone e a elevada quantidade de borracha de silicone processada mensalmente pela Empresa, decidiu-se desenvolver formulações que utilizassem o elastômero de silicone obtido dos resíduos do processo de síntese e cargas de quartzo que otimizassem da melhor forma custo e propriedades finais dos componentes para que fossem processadas pelos processos de TVC, injeção e compressão.

Segue abaixo de forma resumida uma síntese do trabalho de conclusão de curso.



2.1 Título

O trabalho de conclusão de curso desenvolvido durante o período de estágio tem como título: Otimização de custos dos compostos a base de silicone utilizando o resíduo proveniente da síntese do elastômero.



2.2 Objetivo geral
Empregar os resíduos provenientes do processo de síntese do elastômero de silicone em formulações para processamento por injeção, compressão e TVC visando à otimização de custo e propriedades.

2.2.1 Objetivos específicos
Desenvolver várias formulações utilizando o elastômero proveniente dos resíduos do processo de síntese variando-se as quantidades de cargas de modo a otimizar custo e propriedades para que sejam aplicados em componentes obtidos pelo processo de compressão, injeção e TVC.

2.3 Referencial teórico
Apesar da grande quantidade de informações obtidas para a revisão teórica, torna-se inviável sua introdução nesse relatório pela falta de espaço físico, porém, acredito que não prejudicará o entendimento do presente relatório, já que objetivo aqui é uma pequena síntese do TCC.

2.4 Material e métodos

2.4.1 Metodologia
Nesse trabalho buscou-se estabelecer uma melhor relação custo/benefício em compostos de silicone utilizados na fabricação de produtos obtidos pelo processo de vulcanização contínua, compressão e injeção através da adição de quartzo micronizado em elastômero proveniente dos resíduos do processo de síntese.

Tomando-se como padrão um composto processado por injeção/compressão e outro processado em túnel de vulcanização contínua (TVC) ambos da série 50.000, foram analisadas 11 formulações para comparação com cada composto, com diferentes teores de quartzo e com o mesmo elastômero; variando-se a proporção de quartzo de 0 até 100 partes em intervalos de 10 partes.

O trabalho foi desenvolvido a partir das seguintes etapas:

- Escolha dos processos produtivos;

- Preparação das diferentes formulações, contendo as quantidades variáveis de quartzo;

- Processamento das massas em cilindro de escala laboratorial;

- Obtenção das curvas reométricas;

- Preparação dos corpos de prova;

- Realização dos ensaios para verificar o comportamento das propriedades exigidas pelas normas ASTM.

As formulações dos compostos a base de silicone utilizados nesse trabalho empregam um elastômero, Silastic Q4 – 4785 (Dow Corning). Os compostos diferem no tipo de acelerador, pois eles são específicos para cada processo; sendo o Dicup 40C para injeção e compressão e Peroxan BD 50S para o vulcanização contínua; ambos os peróxidos são

fornecidos pela Retilox e Pergan. O quartzo micronizado foi fornecido pela Minérios Gerais Ltda.

As composições das diferentes formulações preparadas para dois processos estão apresentadas nas tabelas 01 e 02.



2.4.2 Preparação das formulações
As matérias primas para a formulação das diferentes massas foram pesadas em balança KN Waagen modelo 2000 (2,0 Kg), e preparadas em misturador aberto da marca COPÉ de escala laboratorial (1,5 Kg), por cerca de 15 minutos e temperatura na faixa de 60-70°C.

Inicialmente colocou-se os elastômeros, os quais foram processados até completa homogeneização, adicionando-se em seguida o quartzo micronizado e por fim o acelerador. Este procedimento foi utilizado para todas as 22 formulações exceto naquelas sem quartzo.




Composição das diferentes formulações




Silastic Q4 - 4578 (Dow Corning) (g)

Dicup 40C (g)

Quartzo (g)

A

0,400

0,002

0,000

B

0,400

0,002

0,040

C

0,400

0,002

0,080

D

0,400

0,002

0,120

E

0,400

0,002

0,160

F

0,400

0,002

0,200

G

0,400

0,002

0,240

H

0,400

0,002

0,280

I

0,400

0,002

0,320

J

0,400

0,002

0,360

K

0,400

0,002

0,400




Tabela 01: Composição das diferentes formulações preparadas para o processo de injeção e compressão.




Composição das diferentes formulações




Silastic Q4 - 4578 (Dow Corning) (g)

Peroxan BD 50S (g)

Quartzo (g)

A

0,400

0,006

0,000

B

0,400

0,006

0,040

C

0,400

0,006

0,080

D

0,400

0,006

0,120

E

0,400

0,006

0,160

F

0,400

0,006

0,200

G

0,400

0,006

0,240

H

0,400

0,006

0,280

I

0,400

0,006

0,320

J

0,400

0,006

0,360

K

0,400

0,006

0,400




Tabela 02: Composição das diferentes formulações preparadas para o processo de TVC.



2.4.3 Preparação dos corpos de prova
Os corpos de prova para os diferentes ensaios foram obtidos a partir de uma placa vulcanizada (Figura 01), de dimensões 150 x 150 ± 1,95 mm na região do lençol e ± 6 mm na região superior da placa. Essa placa foi obtida através de compressão, utilizando-se a prensa hidráulica PHE 28, por 10 minutos a 150°C para os compostos de injeção/compressão e 10 minutos a 105ºC para os compostos de túnel de vulcanização contínua.




Figura 01: Placa vulcanizada para a preparação dos corpos de prova de tração, alongamento, rasgamento e dureza segundo ASTM. (Fonte: Borrachas Wolf)

O formato dos diferentes tipos de corpos de prova obtidos é apresentado na Figura 02. Os mesmos foram obtidos através de compressão.






Figura 02: Corpos de prova dimensionados para ensaio de tração, ruptura e alongamento (1), rasgamento (2) e batoque (3) para Deformação Permanente à Compressão. (Fonte: Bó; SIQUEIRA FILHO, 1984)



2.4.4 Ensaios realizados

2.4.4.1 Dureza
O ensaio de dureza foi realizado segundo a norma ASTM D 2240 utilizando-se um durômetro tipo Shore A, marca Zwick. Os corpos de prova para a leitura da dureza foram obtidos através da região superior da placa vulcanizada, possuindo uma superfície plana e lisa, sem ondulações ou rugosidade e área suficiente para que fosse possível a medição e a leitura da dureza. Os resultados foram obtidos através da média de 5 corpos de prova por formulação. É possível também fazer a leitura da dureza através do batoque para DPC, demonstrado na figura 02.




Figura 03: Durômetro Zwick Shore A. (Fonte: Borrachas Wolf)



2.4.4.2 Reometria
Para a obtenção das curvas reométricas pesou-se cerca de 0,5 gramas do composto em balança analítica METLER AE 160 (10g), as quais foram transferidas para um Reômetro SRCM Sealed Rotorless Rheometer modelo 2001 (Figura 04), que possui um sistema de aquisição de dados. Conduziu-se o ensaio a uma temperatura de 190°C durante 2 minutos para ambos os tipos de compostos e pressão de 0,5 MPa.

A partir das curvas reométricas foram determinados o tempo de vulcanização, a viscosidade e a processabilidade da mistura.






Figura 04: Reômetro utilizado para a obtenção das curvas reométricas das diferentes formulações. (Fonte: Borracha Wolf)

2.4.4.3 Deformação permanente à compressão (DPC)
Este método consiste em submeter um corpo de prova, pós-curado padronizado a uma deformação constante de compressão, determinando-se a compressão residual relativa à deformação imposta ao corpo de prova. (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

O corpo de prova possui o formato de um disco cilíndrico de dimensão padronizada 28,5 ± 29,0 mm de diâmetro e 12,0 ± 12,5 mm de altura, sendo vulcanizado em um molde cujas cavidades possuem formato de um disco cilíndrico, sob pressão e temperatura determinada para cada composto. O ensaio representa a média de três corpos de prova.

Com a obtenção dos corpos de prova e auxílio de um paquímetro da marca Mitutoyo, mede-se a altura e a largura na região central do corpo de prova, para que seja possível obter a média dos corpos de prova e assim definir a altura dos espaçadores.

Sendo estes colocados entre as placas do aparelho de compressão juntamente com os espaçadores em ambos os lados, deixando espaço suficiente para a deformação das amostras sem que toquem nos espaçadores quando comprimidas.

Em seguida, deve-se apertar os parafusos de forma que as placas desçam uniformemente até estarem em contato com os espaçadores, aplicando uma deformação de 25%. Através do tempo e da temperatura adequada para o ensaio de deformação permanente à compressão, 22 horas a 175°C, conforme norma ASTM D 395 – (Test methods for rubber property. Compression set.) - método de ensaio B-inteiriço.

Coloca-se o dispositivo de compressão na estufa dentro de um período máximo de 2 horas após sua montagem. No final do período de teste, retira-se o aparelho da estufa, e remove-se os corpos-de-prova imediatamente. Deixa-se esfriar a temperatura padrão de 23 ± 2 ºC sobre uma superfície de baixa condutividade térmica, como a madeira, durante um período de 30 minutos.

Mede-se a espessura final no centro do corpo-de-prova após o período de esfriamento, da mesma forma como foi medida a espessura inicial, e calcula-se a deformação permanente à compressão sob deformação constante, como um percentual da deformação original, conforme a equação:


CB = [(e0 – ei) / (e0 – en)] x 100



Onde:

CB = deformação permanente à compressão sob deformação constante, em %, relativa à deformação imposta;

e0 = espessura inicial do corpo-de-prova;

ei = espessura final do corpo-de-prova, em mm;

en = espessura do espaçador, em mm.




Figura 05: Aparelho utilizado para ensaio de deformação permanente por compressão. (Fonte: CETEPO (2003))



2.4.4.4 Ensaio de tração
A partir dos lençóis vulcanizados estampou-se cinco corpos de prova através de um dispositivo de corte do fabricante Equipamenta modelo I e norma ASTM D 412.

O ensaio de tração foi realizado em um dinamômetro da marca Kratos, modelo DN 001, com célula de carga de 200 kgf e velocidade de afastamento de 500 ± 50 mm/min.

Como as amostras submetidas à tensão se distendem e se deformam antes da ruptura, logo, em um só teste são determinados a resistência do material à tensão, o alongamento e o módulo de elasticidade. (BÓ; SIQUEIRA FILHO, 1985).

Com a obtenção dos corpos de prova e auxílio de um paquímetro da marca Mitutoyo, mede-se a espessura e a largura do corpo de prova, faz-se uma marcação de 25 mm, na região central do corpo de prova para medir o alongamento no instante da ruptura, com o auxílio de uma régua.

O alongamento é a deformação percentual do corpo de prova no instante da ruptura. Foram realizados ensaios para verificar as propriedades originais como: resistência à tração, alongamento e rasgamento. Os corpos de prova dos compostos para injeção/compressão foram pós-curados por 2 horas a 165 °C e os compostos para TVC por 1 hora a mesma temperatura.




Figura 06: Dinamômetro utilizado para o ensaio de tração, alongamento e rasgamento. (Fonte: Borrachas Wolf)



2.4.4.5 Envelhecimento acelerado
O ensaio de envelhecimento acelerado em estufa com ar circulante consiste em submeter um determinado corpo de prova a uma condição especificada de tempo e temperatura, com o objetivo de analisar a capacidade de retenção das suas propriedades originais após a exposição ao calor.

O ensaio foi realizado segundo a norma ASTM D 573, em 72h a 175ºC, seguindo o mesmo procedimento do método de resistência à tração para verificar a variação em relação ao pós-curado, das propriedades de dureza, tensão de ruptura e alongamento.


As especificações seguiram a norma ASTM D-2000 M2GE 606 B37 Z1 para o composto de injeção, onde:

Z1 = Envelhecimento acelerado em estufa ASTM D-573 72h a 175°C.


- Variação de dureza unidades_______________ ± 15

- Variação de tensão de ruptura %____________ ± 30

- Variação de alongamento %________________ - 50 Máximo
E ASTM D-2000 M2GE 606 Z1, Z2 para o composto de túnel de vulcanização contínua, onde:

Z1 = Envelhecimento acelerado em estufa ASTM D-573 72h a 175°C

- Variação de dureza unidades_________________ ± 15

- Variação de tensão de ruptura %______________ ± 30

- Variação de alongamento %_________________ - 50 máximo



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