Deformação permanente por compressão em elastômeros

A deformação permanente por compressão em elastômeros é uma propriedade crucial para juntas, vedações e componentes de borracha. É uma das características de desempenho mais importantes de elastômeros (materiais semelhantes à borracha), espumas e polímeros macios. Ela mede a deformação permanente que permanece após a liberação de um material após compressão prolongada. Em termos simples, indica o quão bem ou mal um material retorna à sua forma original após a compressão.

Essa propriedade é particularmente importante em aplicações como anéis de vedação, juntas, elementos de vedação, espumas de amortecimento e qualquer componente que precise manter sua resistência ou flexibilidade de vedação ao longo do tempo sob compressão contínua.

Quando um elastômero é comprimido (por exemplo, um anel de vedação comprimido entre duas superfícies), as cadeias poliméricas e as ligações cruzadas se rearranjam. Com o tempo (especialmente sob calor, exposição prolongada ou exposição a produtos químicos), algumas dessas alterações tornam-se permanentes. Quando a força de compressão é removida, o material não retorna completamente ao seu estado original.

Em deformação permanente por compressão,

• A ausência de deformação permanente por compressão representa uma excelente recuperação. O material retorna completamente à sua espessura original (ideal, mas raro em uso prolongado no mundo real).
• Com compressão de 100%, não há recuperação da deformação permanente. O material permanece com a espessura comprimida (totalmente ineficaz para fins de vedação).

Bons materiais de vedação apresentam deformação permanente de 10 a 30% sob condições de teste padrão; valores mais altos indicam desempenho ruim a longo prazo.

A fórmula mais comum encontra-se no Método B da norma “ASTM D395 Propriedades da borracha - Métodos de ensaio padrão para deformação por compressão permanente”. Uma porcentagem menor indica melhor recuperação elástica.

A deformação permanente por compressão resulta de uma combinação de processos físicos e químicos:

• Relaxamento físico: o rearranjo das cadeias poliméricas e dos nós sob tensão.
• Alterações químicas: Em altas temperaturas, podem formar-se ligações cruzadas adicionais no estado esticado (deformação de bloqueio) ou as ligações cruzadas existentes podem romper-se (ruptura da cadeia).
• Relaxamento de tensão e fluência: Relacionados, mas diferentes: o relaxamento de tensão é a perda de força sob deformação constante, enquanto a fluência é o aumento da deformação sob força constante. A deformação permanente por compressão captura o efeito permanente líquido após a remoção da carga.

Os fatores que agravam a deformação permanente por compressão incluem:

• Altas temperaturas (aceleram as mudanças químicas)
• Tempo de compressão longo
• Compressão excessiva (além da compressão recomendada, por exemplo, pelo menos 30% para muitos anéis de vedação)
• Seleção inadequada de materiais ou cura insuficiente.
• Exposição a líquidos, ozono ou oxigénio.

A norma principal para determinar a deformação permanente por compressão em elastômeros é a ASTM D395. Esta norma descreve dois métodos:

• Método A Força constante
• Método B: Desvio constante (mais comum para elastômeros)

Normalmente, as amostras são comprimidas a 25% da pressão durante 22 a 70 horas a uma temperatura específica (por exemplo, 70 graus, 100 graus ou 150 graus), sendo posteriormente libertadas e medidas após o período de recuperação.

Outras normas incluem a “ISO 815-1 Borracha vulcanizada ou termoplástica - Determinação da deformação permanente à compressão” e métodos semelhantes para espumas.

O desempenho dos materiais varia muito:

• Excelente (baixa resistência à tração): Fluoroelastômeros, alguns silicones, elastômeros perfluorados de alto desempenho.
• Bons materiais: EPDM, Nitrilo (NBR), HNBR, alguns silicones de alta qualidade.
• Endurecimento médio a alto: Borracha natural, silicones básicos, alguns elastômeros termoplásticos.
• Mais fracos: Materiais com baixa densidade de ligações cruzadas ou compostos vulcanizados de forma inadequada.

Por exemplo, em vedações de alta temperatura, os fluoroelastômeros normalmente apresentam menos de 20% de deformação permanente após 70 horas a 150 graus, enquanto a borracha natural pode ultrapassar 50-80%.

Entretanto, altas compressões deformam os anéis de vedação ou juntas, reduzindo a força de contato, e vazamentos ocorrem quando as peças se movem ou vibram. Juntas de espuma perdem espessura e formam-se vazios. Para juntas estáticas de longa duração, devem ser selecionados materiais com baixa deformação permanente por compressão, devem-se evitar percentuais de compressão excessivos e deve-se considerar a queda de temperatura.

A deformação permanente por compressão é uma das propriedades mais críticas na avaliação de elastômeros (como borrachas, silicones e fluoroelastômeros) para uso prático. Ela determina diretamente se um componente, como um anel de vedação, junta, elemento de vedação ou amortecedor, continuará a operar de forma confiável sob compressão contínua por meses ou anos, ou se falhará prematuramente.

Os principais motivos pelos quais essa funcionalidade é tão importante são os seguintes:

• Controla o desempenho da vedação a longo prazo: as vedações elastoméricas dependem da recuperação elástica para manter uma pressão de contato constante (força de vedação) contra as superfícies de acoplamento. Quando a deformação permanente por compressão é baixa, o material retorna a uma forma próxima da original, e a vedação eficaz contra líquidos, gases, poeira ou pressão é mantida por um longo período.
• Ele prevê a durabilidade no mundo real sob calor e tempo: A maioria dos testes de deformação permanente por compressão são realizados em altas temperaturas durante horas. Altas temperaturas aceleram:
• Travessas adicionais no estado esticado (comprimido) (fixam a deformação)
• Ruptura da corrente ou relaxamento da tensão (perda permanente de elasticidade)
• Impacto direto na segurança, confiabilidade e custo: A alta deformação permanente por compressão leva aos seguintes modos de falha:
• Vazamentos de líquidos/gases (sistemas hidráulicos, linhas de combustível, processamento químico, biofarmacêuticos, alimentos e bebidas)
• Entrada de poluentes (carcaças eletrônicas, automóveis, dispositivos médicos)
• Perda de pressão (sistemas pneumáticos, válvulas)
• Redução do amortecimento ou da absorção de vibrações (vedações de espuma, fixadores)

Em conclusão, a deformação permanente por compressão é importante porque indica se um elastômero perderá sua elasticidade após ser comprimido por um longo período e, em aplicações de vedação, essa perda de elasticidade geralmente significa perda de vedação. A deformação permanente por compressão é a perda de memória dos elastômeros sob carga contínua. Para um desempenho confiável e duradouro em juntas e componentes flexíveis, a seleção de um material com baixa deformação permanente por compressão é crucial.

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