Fabricante e fábrica de tubos de silicone dedicada à produção de produtos de silicone personalizados de precisão há 14 anos.
As coisas mais importantes que você precisa saber sobre a borracha de silicone.
Introdução: O Polímero Híbrido Inorgânico-Orgânico
⚙O que é silicone e como ele é fabricado
As borrachas mais comuns são materiais à base de carbono, feitos a partir de compostos encontrados no petróleo bruto e no gás natural. Há algo muito especial na borracha de silicone: ela é uma combinação artificial de duas áreas distintas da química. Situada na interseção entre a química inorgânica do quartzo e o design macromolecular sintético.
O primeiro método consiste na fabricação direta de elastômeros de silicone comerciais. Nesse processo, a areia de quartzo refinada é utilizada pelos fabricantes para a remoção do oxigênio e obtenção de silício elementar. Em seguida, o silício é enviado para um reator especializado onde reage com cloreto de metila. O processo é realizado em leito fluidizado de Müller-Rochow catalisado por cobre.
Os polímeros de silicone são macios. São líquidos fluidos constituídos por cadeias longas e retas, formadas pela repetição de moléculas de silicone. O reforço dessas ligações é o que diferencia o silicone fluido básico da borracha de silicone final. Ele consegue manter sua forma quando combinado com sílica pirogênica. Essa estrutura permite que o material resista a ambientes agressivos sem se degradar, como nunca antes.
✦Por que dura décadas e funciona em praticamente qualquer lugar
Muitas borrachas comuns só permanecem macias porque os fabricantes adicionam óleos químicos extras. A borracha de silicone é inerentemente durável a longo prazo e não requer aditivos amaciantes. Molecularmente, os elastômeros de silicone são inerentemente flexíveis e, portanto, não dependem de:
✕Ftalatos
✕Plastificantes Ésteres
✕Estabilizadores antioxidantes
Graças à sua estabilidade, a borracha de silicone oferece ampla utilidade em inúmeras áreas da engenharia. Seu perfil polimérico permite o funcionamento contínuo tanto em temperaturas extremamente baixas quanto em altas temperaturas.
Arquitetura Molecular e Fundamentos da Química
⚒A estrutura principal do polissiloxano e a termodinâmica das ligações
A resistência do silicone provém de uma cadeia principal de silício-oxigênio (--Si--O--Si--). A sua quebra requer 106 kcal/mol de energia. É mais do que as ligações de cadeia linear (C--C), que requerem 85 kcal/mol, e as ligações carbono-oxigênio (C--O), que requerem 76 kcal/mol. Estas ligações são vitais para impedir a sua quebra.
⚠Clivagem térmica
⚠Pirólise
⚠Raios UV solares
⚠Danos causados pelo ozono
Os átomos também ficam bem afastados: distância interatômica de 1,64 Å contra 1,54 Å em ligações C-C, com ângulos de 134°–142° em vez dos estreitos 110° do carbono ligado tetraedricamente. A rotação requer 0 kJ/mol, então as cadeias adotam uma conformação helicoidal. Nessa conformação, os grupos metil externos (--CH3) protegem a espinha dorsal polar e mantêm as forças intermoleculares baixas.
✎Classificação de polímeros e funcionalidade de grupos laterais orgânicos
As normas ASTM D1418 identificam os elastômeros com a letra "Q" devido à sua estrutura de silicone de quatro vias, tecnicamente chamada de estrutura quaternária. Elas usam letras iniciais para os grupos de carbono ligados:
●MQ: Utiliza duas unidades metil para isolamento dielétrico e estabilidade térmica.
●VMQ/MVQ: Possui de 0,1 a 0,5 mol% de grupos vinil (–CH=CH2) como sítios reativos para reticulação mais rápida com peróxido ou cura com platina.
●PVMQ/PMQ. Impede a formação de cristais por meio de anéis fenil volumosos (–C6H5), reduzindo o ponto de fragilidade a frio para -100°C ou -110°C para aplicações criogênicas aeroespaciais e no Ártico.
●FVMQ: Oferece resistência a produtos de limpeza de óleo, hidrocarbonetos alifáticos/aromáticos e combustíveis, mantendo-se flexível a baixas temperaturas.
Dinâmica Mecânica e Desempenho Ambiental
❄Extremos térmicos e mecânica da transição vítrea (Tg)
O silicone metílico padrão tem uma temperatura de transição vítrea na faixa de -120 a -123 °C devido ao mínimo impedimento estérico. As borrachas de hidrocarbonetos, por outro lado, racham a temperaturas entre -20 e -40 °C, enquanto o silicone permanece flexível e elástico em temperaturas criogênicas.
O VMQ padrão é capaz de operar em uma faixa de temperatura de -50 °C a +200 °C (+220 °C continuamente). Misturas que foram estabilizadas termicamente podem suportar picos de temperatura de +300 °C sem sofrer decomposição molecular. Misturas especiais vitrificam-se em forma cerâmica quando expostas à chama, deixando uma camada protetora de cinzas de SiO₂ nos cabos de segurança. No entanto, seu coeficiente de expansão térmica linear é de 2 a 4 × 10⁻⁴ K⁻¹, cerca de 100 vezes maior que o do aço ferramenta (1,5 × 10⁻⁶ K⁻¹), e por esse motivo requer um projeto preciso de contração do molde.
⏱Conjunto de compressão, recuperação elástica e vedação dinâmica
Qual o grau de recuperação de uma junta de silicone após ser comprimida? Testes de laboratório, como os das normas ISO 815-1 e ASTM D395 Método B, podem detectar o achatamento persistente comprimindo uma amostra em 25% durante 22 horas a 175 °C e examinando a marca resultante. Ao contrário das borrachas, que se tornam flexíveis, as melhores misturas de silicone, que apresentam um achatamento de 5 a 25%, continuam a se expandir para manter uma vedação hermética.
Para peças estáticas como flanges, vedações frontais, anéis de vedação e portas de forno, o silicone é a melhor opção, pois não é adequado para uso com eixos rotativos dinâmicos. Em ambientes agressivos, apresenta desempenho superior ao das borrachas insaturadas, não rachando mesmo após 96 horas de exposição ao ozônio a uma concentração de 200 ppm, temperatura de 40 °C e deformação de 80%. Silicones curados com platina suportam mais de 100 ciclos de limpeza a vapor a 134 °C, mantendo-se rígidos e duros, sem amolecer devido à degradação pela água.
◆Propagação de rasgos, espectro de dureza e lascamento peristáltico
A goma de polidimetilsiloxano pura é como massa de modelar, frágil. Para torná-la mais resistente, os fabricantes adicionam pós de sílica fumada/pirogênica com uma enorme área superficial medida por gás, superior a 100 m²/g. Isso resulta em uma resistência à tração da borracha de 5 a 11 N/mm² e um alongamento de 100 a 1.100%. Ela também oferece uma faixa de dureza Shore A, desde géis com dureza 3 Shore A até juntas rígidas com dureza 90 Shore A, de acordo com as normas ISO 48-4.
Mas os valores de resistência ao rasgo dependem inteiramente de como você corta a tira de teste. Uma tira em formato de crescente, conforme o método B da norma ASTM D 624, apresenta valores de 5 a 55 N/mm. Um corte angulado, conforme o método Bb da norma ISO 34-1, apresenta valores até 30% menores. Uma tira dividida, conforme o método A da norma ISO 34-1, apresenta valores até 50% menores.
As bombas peristálticas médicas utilizam compressão e oclusão cíclicas por meio de roletes giratórios.tubos médicos de TPEÉ necessário um retorno rápido de 30 a 70%. Isso garante que o lúmen interno volte a se abrir. Caso contrário, o atrito constante do rolo pode fazer com que a parede interna solte minúsculas lascas de borracha no fluido.
▦Tabela 1: Química de reticulação e cura: Adição catalisada por platina vs. Vulcanização por radicais de peróxido
| Parâmetro | Cura por Adição de Platina (Hidrosilação) | Cura por radicais livres com peróxido |
|---|---|---|
| Mecanismo de reação | O agente de reticulação siloxano Si–H adiciona-se às ligações vinílicas C=C do polímero por meio de um catalisador de Pt. | A decomposição térmica de peróxidos orgânicos gera radicais livres que abstraem H ou atacam vinilas. |
| Subprodutos da reação | Não houve formação de subprodutos (reação de adição limpa). | Ácidos de decomposição orgânica, fragmentos voláteis (ácido benzoico, álcoois fenil) |
| Temperatura de cura | 120°C a 200°C (cinética rápida, temperatura ajustável) | 150°C a 200°C (requer superar a meia-vida do peróxido) |
| Sensibilidade do O2 atmosférico | Não é afetado pelo ar ambiente; cura formando uma superfície completamente seca e não pegajosa. | Inibido pelo oxigênio atmosférico; superfícies expostas ao ar permanecem pegajosas sem pressão/gás inerte. |
| Risco de envenenamento por catalisador | Alta sensibilidade a venenos de catalisadores (aminas, enxofre, organoestânicos, fósforo, borracha orgânica) | Extremamente resistente a contaminantes ambientais e cargas pesadas de compostos. |
| Requisito de Pós-Cura | Opcional para peças industriais; obrigatório para contato com produtos médicos/alimentícios a remoção de ciclosiloxanos voláteis. | Obrigatório eliminar os odores voláteis da decomposição do peróxido e o eflorescência superficial. |
| Adequação regulamentar | Opção padrão para aplicações USP Classe VI, ISO 10993, FDA, BfR XV e EP 3.1.9. | Comum em perfis industriais em geral, mangueiras automotivas e juntas comerciais padrão. |
Cinética da Vulcanização e Engenharia de Processamento
⚡Hidrossililação de platina versus reticulação por radicais de peróxido
O processo de conversão de silicone bruto em borracha elástica envolve dois métodos principais de cura. Isso independe da forma que o material assuma, seja em blocos sólidos ou em forma líquida bombeável. No caso da cura com peróxido, os compostos químicos se decompõem entre 150 °C e 200 °C, produzindo radicais de ligação. No entanto, o oxigênio ambiente interrompe essa reação, de modo que as superfícies expostas permanecem pegajosas, a menos que o material seja curado sob pressão, em vapor ou em câmaras de gás inerte.
A hidrossililação, uma técnica à base de platina, contorna esse problema utilizando um catalisador de metal precioso para guiar a ligação de grupos de hidreto de silício a grupos vinil em uma faixa de temperatura de 120–200 °C. Como não gera resíduos químicos, os componentes mantêm sua transparência, sabor e odor originais. O único problema real é a facilidade com que a contaminação do catalisador por quantidades mínimas de aminas, enxofre ou mesmo resíduos de borracha antiga de equipamentos de fabricação pode comprometer o processo.
♨Dinâmica da desgaseificação no acabamento secundário e pós-cura
A forma das peças moldadas é mantida após a desmoldagem, mas ainda é necessária uma segunda cura. As peças podem ser levadas ao forno a 200 °C em uma estufa de convecção de ar forçado por pelo menos quatro horas para consolidar a resistência mecânica e remover quaisquer voláteis retidos.
O calor na presença de peróxidos impede a migração de grupos ácidos e a formação de um pó branco superficial. Para produtos médicos curados com platina, remove moléculas de anel voláteis, como siloxanos D4, D5 e D6. Finalmente, este último tratamento térmico otimiza a densidade de ligações cruzadas e reduz a deformação permanente à compressão ao seu patamar operacional mais baixo.
▦Tabela 2: Matriz de desempenho de materiais: Borracha de silicone (VMQ/PVMQ) vs. Elastômeros industriais alternativos
| Atributo de desempenho | Borracha de silicone (VMQ / PVMQ) | Borracha nitrílica (NBR) | Borracha EPDM | Fluoroelastômero (FKM / Viton®) | Elastômero termoplástico (TPE / TPU) |
|---|---|---|---|---|---|
| Faixa de temperatura operacional | -50°C a +220°C (PVMQ: até -110°C) | -30°C a +100°C | -45°C a +130°C | -20°C a +200°C | -40°C a +85°C |
| Deformação permanente por compressão em alta temperatura (175°C) | Excelente (5% a 25%) | Falha (Degradação térmica) | Ruim/Degrada-se (>70%) | Bom (15% a 30%) | Fusão completa / Falha de escoamento |
| Biocompatibilidade e substâncias extraíveis | Pureza máxima (sem plastificantes; Classe VI da USP) | Ruim (Contém plastificantes, enxofre, zinco) | Moderado (Contém óleos processados) | Nível moderado a alto (somente para turmas especializadas) | Bom (Dependendo da qualidade; baixo teor de extratáveis) |
| Resistência a óleos e combustíveis não polares | Ruim (Inchaço severo em hidrocarbonetos) | Excelente | Ruim (Inchaço em hidrocarbonetos) | Fora do comum | Bom a excelente |
| Resistência à tração e ao rasgo | Moderado (5–11 MPa; 15–50 N/mm) | Alto (10–25 MPa) | Moderado a Alto (10–20 MPa) | Alto (10–20 MPa) | Muito alto (20–40 MPa) |
| Resistência aos raios UV, ozono e intempéries | Virtualmente impermeável (estrutura de siloxano) | Ruim (Requer antiozonantes) | Fora do comum | Fora do comum | De moderado a bom |
Conformidade regulatória e aplicações industriais
✚Biocompatibilidade de grau médico e extrusão multilúmen
Os equipamentos médicos devem ser rigorosamente testados para que possam ser usados com segurança em contato com pacientes. Os materiais são selecionados com base em especificações médicas rigorosas. Os silicones em questão são certificados pelas normas USP Classe VI e ISO 10993, o que significa que são atóxicos, apirogênicos e hemocompatíveis. Como os tipos curados com platina são hidrofóbicos por natureza, não há sangramento nem resposta imunológica indesejada.
Do ponto de vista da fabricação, a extrusão de precisão permite a produção de tubos multilúmen complexos que incluem canais para a administração do fluido de tamponamento, para o enchimento do balão e para o fio-guia, tudo em um único perfil. Os fabricantes também coextrudam barras de sulfato de bário ou bismuto para garantir uma visibilidade nítida em radiografias. Além disso, esses itens podem suportar os procedimentos convencionais de esterilização hospitalar (autoclave a vapor, óxido de etileno, radiação gama) sem rachar.
✦Higienização em contato com alimentos, substâncias lixiviáveis e transporte de fluidos
A borracha de silicone é a melhor opção para uso no processamento de alimentos e bebidas, pois combina a rigorosa segurança regulamentar com excelente durabilidade. Ela atende aos principais padrões internacionais, incluindo FDA 21 CFR 177.2600, o BfR XV alemão, NSF-51 e os requisitos sanitários 3A.
Características de desempenho
✓O material é totalmente isento de qualquer impacto sensorial e não afetará de forma alguma o sabor, o odor ou a cor de produtos lácteos e bebidas delicados.
✓As linhas foram testadas para suportar limpezas alcalinas rigorosas do tipo CIP (Clean-in-Place) e ciclos de esterilização a vapor do tipo SIP (Steam-in-Place) a 134°C.
✓Possui ampla estabilidade térmica e funciona de forma confiável desde -50°C em congeladores até +200°C em fornos comerciais, mantendo-se flexível mesmo sem o uso de plastificantes.
✓Em relação à compatibilidade química, é adequado para uso com água, álcoois e ácidos fracos, mas, em caso de contato prolongado com ácidos inorgânicos concentrados ou gorduras apolares, deve-se realizar um teste.
Conclusão e Fornecimento Estratégico de Elastômeros
★Por que o silicone é o número 1 – e por que a fabricação de precisão é importante
A borracha de silicone é um híbrido, e é isso que atrai os engenheiros para usá-la em suas aplicações críticas. O silicone é usado em aplicações médicas e alimentícias críticas. É aplicado em engrenagens industriais principalmente devido à sua estrutura mineral, ampla faixa de temperatura (de -50 °C a +220 °C), segurança para o corpo e resistência ao achatamento permanente, características que o tornam indispensável.
Mas mesmo com o melhor material, os resultados dependem da compreensão do processo de fabricação. O material precisa passar por diversas operações para se transformar de simples borracha em peças confiáveis com tolerâncias extremamente rigorosas. É necessário dimensionar o molde com precisão para acomodar a contração durante o resfriamento e garantir condições de sala limpa para o trabalho de alta precisão. Seguir essas etapas corretamente resulta em componentes de alto desempenho que duram mais do que as alternativas comuns, sempre.
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Perguntas frequentes
QQual a diferença entre a borracha de silicone e as borrachas comuns feitas de carbono?
A borracha de silicone possui uma estrutura de silício-oxigênio em vez de uma cadeia de carbono. Ela não requer amaciantes químicos, ftalatos ou plastificantes ésteres para manter sua durabilidade ao longo do tempo. Possui uma estrutura molecular intrinsecamente flexível.
QQual a diferença entre a cura com peróxido e a cura com adição de platina?
A hidrossililação é um processo de cura que utiliza a adição de platina. É ideal para aplicações médicas, pois é limpo, rápido, insensível ao oxigênio e não gera subprodutos. A única forma de introdução de radicais livres durante a cura com peróxido é por meio da decomposição térmica.
QQuando se trata de alimentos e medicamentos, por que a borracha de silicone é tão popular?
A borracha de silicone atende a padrões regulatórios rigorosos, como os estabelecidos pela USP Classe VI, ISO 10993, FDA e BfR XV. Alimentos e medicamentos não terão seu sabor, cor ou odor alterados, pois o material é atóxico, hemocompatível, resistente ao calor até 200 °C e totalmente isento de impacto sensorial.