Aplicação e desenvolvimento de materiais inorgânicos em pó na indústria da borracha
A borracha é amplamente utilizada nos transportes, na maquinaria, na eletrónica, na defesa e noutros setores da economia nacional. No entanto, a borracha também apresenta desvantagens significativas, como forças intermoleculares fracas, grande volume livre e baixa capacidade de autocristalização, resultando numa baixa resistência e módulo de elasticidade, bem como numa baixa resistência ao desgaste. Assim, é necessário adicionar cargas inorgânicas não metálicas para satisfazer as exigências destas aplicações.
De um modo geral, as cargas inorgânicas não metálicas em borracha desempenham principalmente as seguintes funções: reforço, enchimento (aumento de volume) e redução de custos, melhoria do desempenho de processamento, regulação das características de vulcanização e atribuição de funções especiais.
Cargas Minerais Inorgânicas Não Metálicas Comumente Utilizadas em Borracha
(1) Sílica
A sílica é atualmente o segundo agente de reforço mais utilizado na indústria da borracha, a seguir ao negro de fumo. A fórmula química da sílica é SiO₂·nH₂O. A sua estrutura de partículas contém muitos vazios. Quando estes vazios se encontram na gama de 2 nm a 60 nm, combinam-se facilmente com outros polímeros, sendo esta a principal razão pela qual a sílica é utilizada como agente de reforço. Como agente de reforço, a sílica pode melhorar significativamente a resistência ao desgaste e ao rasgamento dos materiais. Pode também melhorar consideravelmente as propriedades mecânicas dos pneus e é amplamente utilizada em veículos, instrumentos, aeroespacial e outros campos.
(2) Carbonato de Cálcio Leve
O carbonato de cálcio leve é um dos primeiros e mais utilizados materiais de enchimento na indústria da borracha. Grandes quantidades de carbonato de cálcio leve adicionadas à borracha podem aumentar o volume do produto, poupando assim borracha natural cara e reduzindo os custos. A borracha com enchimento de carbonato de cálcio leve pode atingir uma maior resistência à tracção, ao desgaste e ao rasgamento do que as borrachas vulcanizadas puras. Possui um efeito de reforço significativo tanto em borracha natural como sintética, podendo também ajustar a consistência. Na indústria de cabos, pode proporcionar um certo grau de isolamento. (3) Caulino
A caulinita é um aluminossilicato hidratado, um mineral argiloso comum. A sua aplicação prática em borracha melhora a elasticidade, as propriedades de barreira, o alongamento e a resistência à flexão da borracha. A adição de caulinita modificada à borracha de estireno-butadieno (SBR) melhora significativamente o alongamento, a resistência ao rasgamento e a dureza Shore da borracha, além de prolongar a sua vida útil.
(4) Argila
A argila pode ser adicionada durante o fabrico de pneus, dependendo dos requisitos do processo de produção. A argila é utilizada como carga para reduzir custos. No entanto, deve ser ativada para facilitar a ligação com a borracha. A argila ativada ou modificada pode substituir parcialmente o negro de fumo na formulação.
Estudos mostram que à medida que a quantidade de argila aumenta, a dureza, a tensão de tração a 300% e a resistência à tração do composto de borracha diminuem ligeiramente, mas isto pode ser compensado através do ajuste do sistema de vulcanização. Quando utilizada em formulações de piso, após a otimização do sistema, pode também reduzir a resistência ao rolamento.
(5) Sulfato de bário
Pode melhorar eficazmente a resistência ao envelhecimento e às intempéries dos produtos de borracha, como pneus e correias. Além disso, pode melhorar a suavidade da superfície dos produtos de borracha. Como carga em pó para borracha, não só aumenta a taxa de aplicação do pó, como também apresenta vantagens significativas em termos de custo.
(6) Talco
O talco em pó é geralmente dividido em talco industrial comum e talco ultrafino. O primeiro, como carga para a borracha, não desempenha um papel de reforço e tem um efeito insignificante na melhoria das propriedades físicas da borracha. Por conseguinte, o talco industrial comum é frequentemente utilizado como agente desmoldante. O talco ultrafino, por outro lado, tem um bom efeito de reforço. Se for utilizado como carga para a borracha, a resistência à tracção da própria borracha é equivalente ao efeito produzido pela sílica.
(7) Grafite
O grafite pertence à classe dos minerais não metálicos silicatados lamelares e possui boa condutividade térmica, condutividade elétrica e lubricidade. A utilização de grafite como carga na borracha envolve um processo semelhante ao da montmorilonita, em que o grafite é decomposto em nanopartículas através de uma técnica específica. Quando estas nanopartículas se combinam com a matriz de borracha, são melhoradas diversas propriedades funcionais da borracha. Por exemplo, a condutividade elétrica, a condutividade térmica, a estanquicidade ao ar e as propriedades mecânicas são significativamente melhoradas.