Classificação dos Métodos de Vulcanização

 

Os métodos de Vulcanização podem ser classificados de várias formas:

  • Métodos descontínuos e métodos contínuos;
  • Métodos que conferem ao artefacto a sua forma definitiva, em simultâneo com a vulcanização e métodos em que o processo de vulcanização é aplicado a artefactos que adquirem, em operações prévias, muito aproximadamente a sua forma final;
  • Tipo de energia utilizada;
  • Pressão utilizada;
  • Equipamento utilizado.

Métodos Descontínuos e Métodos Contínuos

Os artefactos de borracha podem ser vulcanizados de forma descontínua, como é o caso dos artefactos moldados ou de forma contínua, como é o caso dos perfis vulcanizados em banho de sais.

Métodos de Vulcanização e Forma Definitiva dos Artefactos

Existem métodos que conferem a forma definitiva dos artefactos em simultâneo com o processo de vulcanização e métodos em que este processo é aplicado a artefactos que adquirem, em operações prévias e muito aproximadamente, a sua forma final.

Relativamente aos primeiros, podemos considerar, por exemplo, todas as operações de moldagem em prensa. O material que enche a(s) cavidade(s) do molde (geralmente em aço ou alumínio) recebe a energia calorífica que é transmitida ao molde por um processo de condução de calor e vulcaniza. É na vulcanização, e por acção da força de compressão da prensa, que a borracha toma, definitivamente, a forma da cavidade (ver página Artefactos Industriais Moldados).

Relativamente aos segundos, podemos considerar, por exemplo, a vulcanização em autoclave aquecido a vapor, de mangueiras para radiadores de veículos automóveis, que são previamente confeccionados da seguinte forma: extrusão da parede interior (ou alma), aplicação de reforço do tipo malha e aplicação, novamente em extrusora, mas com cabeçal angular ou recto, do revestimento exterior (ou cobertura). A mangueira é depois cortada em troços de comprimento adequado, os quais são enfiados em mandris de metal (aço ou alumínio), que possuem a configuração pretendida. Estes mandris são depois colocados em carros-suporte e submetidos à operação de vulcanização em autoclave (vapor directo)  – ver página Mangueiras.

Tipo de Energia Utilizada

Vimos na página A Descoberta da Vulcanização, que a Vulcanização se processa, de forma mais rápida, sob a acção do calor. Portanto, todas as formas de energia passíveis de se transformar em energia calorífica podem ser utilizadas no processo de Vulcanização, assim como todas as formas de transferir essa energia calorífica para os artefactos a vulcanizar são também passíveis de ser utilizadas neste processo.

As formas de energia mais utilizadas são as seguintes:

  • Vapor de água saturado, produzido em geradores de vapor (vulgo caldeiras) alimentados com diversos tipos de combustíveis como, por exemplo, gás natural, GLP, gasóleo, fuel óleo, carvão, lenha, etc.).
  • Vapor de água super aquecido, produzido em geradores de vapor e posteriormente super aquecido.
  • Fluidos térmicos, aquecidos em sistemas que utilizam vários tipos de combustíveis como por exemplo: gás natural, GLP, gasóleo, fuel óleo, carvão, lenha, etc.).
  • Energia eléctrica, transformada em calor por meio de resistências eléctricas. É o conhecido efeito de Joule: Q = I2.R.t, sendo Q a quantidade de calor gerada por uma resistência R, quando atravessada por uma corrente eléctrica de intensidade I durante o tempo t.
  • Energia calorífica gerada no composto de borracha por elevadas tensões de natureza tangencial. Técnica utilizada em sistemas de extrusão com cabeça ao corte (shear head system).
  • Radiação infravermelha de alta intensidade (potências variáveis entre 12 e 42 kW).
  • Radiação de alta frequência (UHF – ultra high frequency), vulgarmente conhecida por micro-ondas.
  • Radiação de alta energia, por exemplo, radiações gama, radiações de Cobalto-60, ou radiações de electrões de alta energia, como vimos numa das páginas de Agentes de Vulcanização.
  • Calor ambiente: não podemos deixar de referir esta forma de energia, de baixa temperatura, também utilizada nalguns processos de vulcanização ditos a frio. Para o efeito, os compostos de borracha são formulados adequadamente, de forma a ocorrer a vulcanização num período de tempo relativamente curto (24 a 48 horas).

Contudo, os técnicos sabem que, a partir do momento em que um qualquer composto de borracha fica com a sua composição completa, possuindo, entre outros ingredientes:

  • Um agente de vulcanização;
  • Um sistema de activação da vulcanização e,
  • Um sistema de aceleração da vulcanização,

a sua história térmica começa a desenrolar-se, mesmo à temperatura ambiente.

Daí que, muitos compostos mantidos em armazenagem por longos períodos acabem por se tornar não utilizáveis porque entretanto foi atingido, à temperatura de armazenagem (muitas vezes controlada entre limites bem definidos), um nível de reticulação entre as cadeias moleculares da borracha que não permite a sua posterior transformação. Diz-se, vulgarmente, que o composto queimou ou, em linguagem mais correcta, que o composto pré-vulcanizou. E isto acontece a qualquer temperatura; é apenas uma questão de tempo. Por esta razão, para todos os compostos de borracha deve ser definido, com alguma margem de segurança, o seu período de validade. Não sendo utilizado dentro dos prazos estabelecidos, o composto deve ser considerado não conforme para utilização. Normalmente esta situação deve ser confirmada por uma verificação reométrica.

A transferência de calor para a borracha pode fazer-se utilizando diferentes meios:

  • Condução da energia calorífica do vapor saturado directamente para o artefacto a vulcanizar (vulcanização com vapor directo).
  • Condução da energia calorífica de um meio gasoso (ar ou azoto) para o artefacto a vulcanizar. Estes gases são normalmente aquecidos por meio de uma serpentina onde circula vapor de água, saturado (vulcanização com vapor indirecto), por meio de resistências eléctricas ou ainda pela combustão de gás.
  • Condução da energia calorífica contida num molde metálico para o artefacto a vulcanizar. O molde pode ser aquecido por vapor de água, fluido térmico ou por resistências eléctricas.
  • Condução da energia calorífica contida num meio líquido para o artefacto a vulcanizar. É o caso da vulcanização em banho de sais fundidos (mistura eutética de nitrato de potássio – 53%, nitrito de sódio – 40% e nitrato de sódio – 7%, que tem um ponto de fusão de 140ºC) – processo de vulcanização conhecido por LCM (Liquid Curing Media) ou de vulcanização em água quente (aquecimento por meio de uma serpentina, onde circula vapor de água ou um fluido térmico, ou directamente pelo vapor de água).
  • Condução da energia calorífica de um meio fluidizado para o artefacto a vulcanizar. O meio fluidizado é constituído por micro esferas de vidro (designadas correntemente por ballotini), com diâmetro da ordem de 0,2 a 0,4 mm, aquecidas com ar quente a cerca de 200-250ºC (ar aquecido por meio de resistências eléctricas ou pela combustão de gás).

Pressão Utilizada

O processo de vulcanização pode desenvolver-se sob pressão, de maior ou menor grandeza (valores típicos que variam entre 1 e 15 MPa, ou seja, sensivelmente, entre 10 e 150 kg/cm2), ou praticamente à pressão atmosférica (processos normalmente designados por sem pressão). Como exemplos de processos de vulcanização realizados sob pressão temos a vulcanização de Artefactos Moldados em prensa ou numa máquina de injecção e a vulcanização de Mangueiras, realizada em autoclave, com vapor directo. Como exemplos de processos de vulcanização realizados praticamente sem pressão temos a vulcanização de Perfis em banho de sais, em forno de micro-ondas, em túnel de ar quente e a vulcanização de tecidos revestidos com borracha (obtidos pelo processo de Endução), em estufa de ar quente.

Tipo de Equipamento Utilizado

O processo de vulcanização pode ocorrer, como já temos referido, em vários tipos de equipamentos. E estes tipos de equipamentos podem também servir para classificar os processos de vulcanização. Assim temos:

  • Vulcanização em prensa de compressão (vulcanização por compressão convencional ou por transferência);
  • Vulcanização em prensa sem pressão (técnica utilizada no fabrico de certo tipo de calçado);
  • Vulcanização em prensa de injecção (caso particular de vulcanizações em prensa);
  • Vulcanização em prensa Rotocure (caso particular de vulcanização em prensa, utilizado no fabrico de folhas de borracha – com ou sem tela de reforço, de tecidos revestidos com borracha e de correias transportadoras de pequena espessura);
  • Vulcanização em prensa de pratos rotativos (DOBA – prensa de banda dupla, utilizada no fabrico de correias transportadoras);
  • Vulcanização em autoclave aquecido com vapor directo;
  • Vulcanização em autoclave aquecido com vapor indirecto, em atmosfera de ar, anidrido carbónico ou nitrogénio, sob pressões variáveis;
  • Vulcanização em autoclave aquecido electricamente ou por combustão de gás, em atmosfera de ar, anidrido carbónico ou nitrogénio, sob pressões variáveis;
  • Vulcanização em banho de sais (LCM);
  • Vulcanização em forno de micro-ondas (UHF);
  • Vulcanização em túnel de ar quente;
  • Vulcanização em túnel de radiação infravermelha;
  • Vulcanização em leito fluidizado;
  • Vulcanização pelo método Helicure;
  • Vulcanização em estufa de ar quente;
  • Vulcanização contínua em tubo de vapor (sistema de vulcanização utilizado no fabrico de cabos eléctricos);
  • Vulcanização com camisa de chumbo, sendo esta aplicada com prensa ou com extrusora (sistema de vulcanização utilizado no fabrico de alguns tipos de mangueiras e de cabos eléctricos);
  • Vulcanizações in situ, por meio de água quente, aquecida por vapor directo ou por meio de uma serpentina onde circula vapor ou fluido térmico. É o caso da vulcanização dos revestimentos executados em equipamentos industriais (tanques, reservatórios, reactores, etc.).

Na descrição dos métodos de Vulcanização vamos utilizar a classificação por tipo de equipamento utilizado, pois assim aproveitamos para descrever os diversos tipos de equipamento e as suas características principais, como também procederemos ao seu enquadramento nos outros tipos de classificação atrás referidos.