Estudo dirigido - Ciência e Tecnologia dos Elastômeros

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
CAMPUS BLUMENAU 
 
 
 
 
 
 
Júlia Berdyj Hildinger e Raiana Roberta Corrêa 
 
 
 
 
 
 
Estudo Dirigido 
Ciência e Tecnologia dos Elastômeros 
BLU2022-09753 
 
 
 
 
 
 
 
Blumenau 
2021 
1. Resumo 1: Propriedades mecânicas e de inflamabilidade de composições de borracha EPDM 
carregadas com negro de fumo e hidróxido de alumínio. 
O estudo de diferentes formulações elastoméricas é essencial para determinar a 
aplicabilidade de um artefato de acordo com as suas propriedades. O EPDM (terpolímero de 
etileno-propileno-dieno) é um elastômero apolar que possui habilidade de aceitar grandes 
quantidades de carga, e apresenta propriedades interessantes como excelente resistência à 
degradação, resistência química e ótimas propriedades elétricas, que se adequam para sua 
utilização em fios e cabos elétricos sujeitos à baixa e média voltagem [4]. 
Nas formulações analisadas, foram usadas diferentes quantidades de negro de fumo 
como carga reforçante, e de hidróxido de alumínio (ATH), que atua como agente retardante de 
chama e carga semi-reforçante. O ATH é o agente retardante de chama mais aplicado 
mundialmente, pois apresenta baixo custo e baixa toxidez, visto que não libera gases tóxicos 
durante a sua queima [4]. A atuação do ATH se dá através de resfriamento por liberação de vapor 
d’água, e retarda a chama [9]. Contudo, para aplicações externas, o material elastomérico 
isolante, deve exibir resistência mecânica e resistir a ataques físicos. E, por apresentar caráter 
semi-reforçante, realizou-se um tratamento superficial com silano no AHT e a incorporação de 
cargas de negro de fumo nas formulações com EPDM [4]. 
Durante a sua vida útil, os elastômeros podem sofrer envelhecimento em virtude da 
oxidação, exposição a raios UV, ou perda de plastificantes e outros aditivos. O envelhecimento 
em polímeros com negro de fumo, quando empregados em altas temperaturas, pode prejudicar 
as propriedades elétricas do material. Em razão disso, as formulações foram estudadas quanto 
a sua inflamabilidade e desempenho mecânico, antes e após o seu envelhecimento [4]. 
As formulações usadas nas composições de EPDM englobaram os seguintes 
ingredientes: 100 phr de EPDM, como elastômero, 5 phr de óxido de zinco e 1 phr de ácido 
esteárico, que em conjunto atuam como ativador, 1,5 phr de enxrofre, empregado como agente 
de vulcanização, 25 phr de óleo parafínico, operando como plastificante, 0,5 de MBT (2-
mercaptobenzotiazol) e 1,0 phr de TMTD (Dissulfeto de tetrametiltiuram), atuando como 
aceleradores, e, variações entre 0-180 phr de hidróxido de alumínio (ATH) e 0-45 phr de negro 
de fumo como carga de reforço [4]. 
As composições foram tituladas a partir da razão ATH/Negro de fumo, em phr, e exibiram 
resultados distintos. Em conformidade com ABNT, os materiais empregados no revestimento de 
fios e cabos, sujeitos à baixa e média voltagem, precisam apresentar: tração na ruptura de pelo 
menos 10 MPa, antes do envelhecimento, e uma variação máxima de ± 30%, após o 
envelhecimento. Diante dos resultados obtidos, as composições que se enquadraram aos 
requisitos da ABNT foram: 150/22 e 160/15 (ATH com e sem tratamento) e 170/7,5. Outra 
exigência requerida pela ABNT seria referente ao alongamento dos materiais, que devem 
apresentar pelo menos 300% e uma variação máxima de ± 40% sobre o valor original, após o 
envelhecimento. Diante disso, todas as formulações atingiram esse valor, com exceção da goma 
pura de EPDM. Após o envelhecimento, os valores de módulo e de dureza foram superiores aos 
valores obtidos pela goma pura (sem carga), e isso se deve a um aumento de ligações cruzadas 
formadas durante o processo de envelhecimento [4]. 
Dentre todas as composições, a de 160/15 (ATH com e sem tratamento) e a de 170/7,5 
(ATH sem tratamento), se encaixaram às exigências da ABNT sobre resistência à tração e 
alongamento, e também foram consideradas aptas para uso em fios e cabos de revestimento, 
uma vez que, alcançaram o índice de propagação V-0 [4]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Resumo 2: Influência da Mica nas Propriedades Mecânicas e Dinâmico-Mecânicas de 
Composições de Borracha Natural 
Neste artigo foi estudado como a adição de mica influencia em composições 
vulcanizáveis de borracha natural (NR), com diversos teores analisados [2]. A NR é um dos 
polímeros mais comuns e utilizados no mundo por ter excelentes propriedades, elevada 
resistência à tração e ao rasgamento e ótimas propriedades mecânicas. Para melhorar o 
desempenho mecânico e baratear os custos, escolhe-se uma carga [8]. O negro de fumo é a 
carga mais usada em compósitos elastoméricos, mas seu preço é alto comparado ao da mica, 
que é abundante no Brasil, por isso, a importância desse estudo [5]. 
Mica é o nome de um grupo de minerais filossilicatos de fórmula geral 
KM(AlSi3O10)(OH)2, onde M é Al, Fe, Mg ou combinações destes [1, 7, 10]. As micas apresentam 
excelente resistência a intempéries, boa resistência química, baixa condutividade térmica, 
estabilidade em altas temperaturas, baixo custo e entre outros. O teor de Mica, do tipo Moscovita, 
incorporado variou entre 0 e 40phr. A formulação utilizada para a NR (em phr) seguiu a norma 
ASTM D 3184: NR (100); ZnO (5,0); S (2,25); ácido esteárico (2,0); TBBS (0,7); irganox 1010 
(1,0) [5]. 
Como as borrachas são viscoelásticas, os parâmetros reométricos foram determinados 
em um reômetro de disco oscilatório, onde foi avaliado: torque mínimo (ML), torque máximo (MH), 
tempo de pré-vulcanização (ts2), tempo de vulcanização a 90% (t90) e índice de velocidade de 
cura (CRI) [11]. Os ensaios de tração e rasgamento foram realizados em dinamômetro Instron. O 
ensaio de dureza foi realizado segundo norma ASTM D 2240 em durômetro Shore. Para 
determinar densidade de ligações cruzadas utilizou-se equação do Flory-Rehner, tendo por base 
o inchamento no equilíbrio em solvente orgânico, no estudo foi o heptano [5]. 
Nos resultados obtidos foi comparado a composição sem carga com teores de 10, 20, 
25, 30 e 40 phr de mica. A adição de mica causou uma diminuição do ML, ts2 e do t90 das 
composições carregadas, assim como provoca um aumento do MH. Menores valores de torque 
mínimo, indicam que a mica facilita o processamento da borracha natural. O aumento do torque 
máximo pela adição de carga é um efeito esperado e está relacionado ao aumento da rigidez da 
matriz elastomérica após a vulcanização, e, esta maior rigidez pode ser causada devido tanto à 
presença da carga, quanto à formação de um maior número de ligações cruzadas (químicas e/ou 
físicas). Os valores mais baixos de ts2 e t90 mostram que a mica favorece a vulcanização da NR, 
que se inicia antes e é mais rápida. Os resultados obtidos também indicam ser em torno de 
30phr, o valor limite para a carga em estudo, pois acima disso perde-se propriedades. O 
alongamento na ruptura diminui com o aumento do teor de mica, e o decréscimo é maior depois 
dos 30phr. Uma característica da incorporação de teores crescentes de uma carga na borracha 
natural é a redução das propriedades elásticas, comparada as sem carga. A adição crescente 
de mica aumenta a perda por abrasão das composições de borracha natural, provavelmente por 
causa do seu formato laminar que facilita sua retirada da matriz borrachosa [5]. 
No estudo, observaram que as composições NR/mica mostram uma ligeira tendência a 
menores valores de Tg, este comportamento parece indicar que o tipo de dispersão e teor da 
mica na matriz elastomérica podem estar relacionados com a maior facilidade desta carga, que 
é laminar, em afastar as cadeias macromoleculares, um comportamento semelhante ao de um 
plastificante. A composição com 30phr de mica apresentou menor tendência ao deslocamento 
da Tg [5]. 
Estes resultados indicam que não apenas os diferentes teores de mica incorporados, 
mas tambéma dificuldade da distribuição e/ou dispersão desta carga, geram uma mudança na 
morfologia das composições, de natureza mineral em uma matriz orgânica [5]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Ingrediente da formulação: Mica 
A mica consiste em um grupo de minerais do tipo filossilicatos de fórmula química 
generalizada KM(AlSi3O10)(OH)2, onde M pode ser Al, Fe, Mg ou a combinação destes metais. 
Ela é constituída de silicatos de alumínio e de potássio (ou, raramente, sódio) com grupamento 
hidroxila ou com flúor e usualmente magnésio, ferro e lítio. As micas são, em geral, moles, de 
densidade relativa baixa e caracterizam-se por apresentar uma clivagem laminar fácil que 
ocorre por conta da sua estrutura atômica em camadas. O grupo da mica possui três espécies 
comercialmente importantes: moscovita, flogopita e biotita [5]. 
Em geral as micas apresentam excelente resistência a intempéries, boa resistência 
química, baixa condutividade térmica, estabilidade em altas temperaturas, características de 
não inflamabilidade, baixa condutividade elétrica, alta rigidez dielétrica, baixo fator de 
dissipação e baixo custo. 
No material elastomérico a mica se comporta como uma carga inerte (semi-reforçante). 
Além disso, possui propriedades de ativação mediante o sistema de vulcanização, melhora as 
condições de processamento do material, por causar o afastamento das macromoléculas, 
caracterizando um comportamento semelhante a um plastificante, e confere aumento no 
módulo elástico e viscoso [3]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referências 
1. Batista, C. M. – http://www.dnpm.gov.br, 2000. 
2. Bhowmick, A. K.; Hall, M. M. & Benarey, H. A. – “Rubber Products Manufacturing Technology”, 
Marcel Dekker Inc., New York (1994). 
3. CAETANO, Mário J. L.. Efeitos na Borracha. Disponível em: 
https://www.ctborracha.com/borracha-sintese-historica/materias-primas/cargas/cargas-nao-
negras/micas/efeitos-na-borracha/. Acesso em: 14 mar. 2021 
4. CANAUD, Cristine; VISCONTE, Leila L. Y.; NUNES, Regina C. R.. Propriedades Mecânicas e 
de Inflamabilidade de Composições de Borracha EPDM Carregadas com Negro de Fumo e 
Hidróxido de Alumínio. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Rio de Janeiro, v. 11, n. 1, p. 35-40, 
2001. Disponível em: https://www.scielo.br/pdf/po/v11n1/v11n1a07.pdf. Acesso em: 12 mar. 
2021. 
5. ESCÓCIO, Viviane A. et al. Influência da Mica nas Propriedades Mecânicas e Dinâmico-
Mecânicas de Composições de Borracha Natural. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Rio de 
Janeiro, v. 13, n. 2, p. 130-134, 2003. Disponível em: 
https://www.scielo.br/pdf/po/v13n2/16582.pdf. Acesso em: 14 mar. 2021. 
6. ESCÓCIO, Viviane Alves. Híbridos de borracha natural com mica. 2006. 106 f. Dissertação 
(Mestrado) - Curso de Ciência e Tecnologia de Polímeros, Universidade Federal do Rio de 
Janeiro, Rio de Janeiro, 2007. Disponível em: http://livros01.livrosgratis.com.br/cp021089.pdf. 
Acesso em: 14 mar. 2021. 
7. Hepburn, D. M.; Kemp, I. J. & Shields, A. J. – Elet. Ins. Mag. 16 (5) p.19 (2000). 
8. Jorge, R. M. – “Mica em Composições de Borracha Natural”, Dissertação de Mestrado, 
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil (2000). 
9. MARTINS, Priscila Alves. Uso de aditivos não tóxicos como retardantes de chama em 
ABS. 2013. 152 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, 
Departamento Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Escola Politécnica da Universidade de 
São Paulo, São Paulo, 2013. Disponível em: 
https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-26062014 
220239/publico/Dissertacao_PriscilaAMartins.pdf. Acesso em: 11 mar. 2021. 
10. Rothon, R. N. – “Particulate-Filler Composites”, Longman Group, Manchester (1996). 
11. Ullman, R. – “Rubber Elasticity”, in: Structure and Properties of Polymers, cap. 8, Cahn, R.W.; 
Haasen, P.& Kramer, E.J. (ed.), VCH Publishers Inc., New York (1993).