PT95549A - Pecas compostas de metal e borracha e processo para o seu fabrico - Google Patents

Description

A invenção diz respeito a peças compostas que consistem, no mínimo, num componente metálico e num de borracha e que contêm uma camada de polia-mida como agente adesivo, bem como a um processo para o fabrico destas peças.

Como se sabe, um material único nem sempre pode apresentar todas as propriedades que se exigem de um objecto. Não são compatíveis, por exemplo, alta resistência, rigidez ou dureza por um lado e bom amortecimento das vibrações, flexibilidade ou resistência à derrapagem por outro. No caso de ser necessário reunir estas propriedades num só corpo, terão de ser utilizados compostos de vários materiais.

Neste caso é conveniente utilizar metal e borracha. No fabrico de elementos de construção, cujos componentes metal e borracha estejam firmemente ligados um ao outro, a actual situação da Técnica permite o seguinte procedimento: 1. Ao componente metálico é dada a forma, por exemplo, através de fundição, estampagem, maquinagem, ou moldagem. 2. A superfície do componente metálico é tratada, por exemplo, através de desengorduramento, limpeza por jacto de areia, aplicação de latão ou fosfatagem. 3. Um primeiro tratamento é feito a partir da aplicação de uma solução, por exemplo, de compostos aromáticos ou hidrocarbonetos clorídricos. 4. 0 solvente é removido através de evaporação. 5. E aplicado um "agente adesivo" a partir de uma solução, por exemplo, de compostos aromáticos ou hidrocarbonetos clorídricos. 6. 0 solvente é removido através de evaporação. 7. Após este tratamento prévio, a borracha é aplicada e vulcanizada na superfície metálica.

Os agentes que proporcionam a adesão, aplicados entre metal e borracha natural ou borracha sintética, respectivamente, são descritos, por exemplo em W. Kleemann, Misturas para o Tratamento de Elastómeros, Leipzig 1982, bem como no Livro de Bolso da Bayer para a Indústria da Borracha, 1963, e nomeadamente nas Publicações Internas da Henkel KGaA sob o nome comercial de "Chemosil".

Os métodos conhecidos devem ser melhorados por várias razões: 1. São complicados, como se pode deduzir da enumeração dos muitos passos do tratamento. 2. Não são isentos de perigo no que se refere aos seus efeitos nocivos sobre o ambiente e ao risco de saúde para o trabalhador: os solventes não são inofensivos, e é preciso neutralizar os seus efeitos nocivos. 3. A capacidade de armazenamento dos componentes metálicos tratados é limitada. 4. 0 processo não pode ser automatizado.

Foi descoberto agora que os agentes adesivos e primeiras aplicações convencionais são, com vantagem, prescindíveis, se a superfície metálica for revestida, de modo geralmente conhecido, com poliamidas antes de entrar em contacto com determinadas combinações de borracha. A poliamida é aplicada ou segundo o processo electrostático de revestimento com pó ou segundo o processo de revestimento em leito fluidificado. Também é possível aplicar a poliamida em forma de um verniz ou por revestimento por extrusão. No entanto, estes métodos são menos vantajosos. Os métodos apropriados de revestimento com pó são descritos, por exemplo, por R. Feldmann na Publicação Interna Ns. 5215 da Hiils AG, D-4370 Marl, Novembro de 1987. Os métodos de revestimento foram utilizados até agora com a finalidade de protegerem a superfície metálica da corrosão; a utilização como agente adesivo para borrachas, como descrito aqui, é nova. A utilização de poliamidas como agentes adesivos entre metais e borracha natural ou borracha sintética, respectivamente, oferece uma série de vantagens em relação aos métodos convencionais: 1. Os problemas ecológicos e de higiene deixam de existir por não serem utilizados solventes. 2. As peças metálicas tratadas com poliamida como agente adesivo apresentam uma capacidade de armazenamento praticamente ilimitada. 3. 0 processo pode ser automatizado.

Na aplicação do método, segundo a invenção, podem sem utilizadas as borrachas abaixo mencionadas. Estas borrachas devem ser peróxidos ou reticulados através de outros aditivos com efeito de radical. Reticula-dores apenas com base em enxofre ou fornecedores de enxofre não são apropriados para o processo.

Como componente metálico servem, de preferência, peças de aço, mas também podem ser utilizados ferro ou metais não-ferrosos, como o alumínio ou o latão. As superfícies podem ser tratadas previamente, por exemplo, através de desengorduramento, limpeza por jacto de areia ou fosfatagem. A aplicação de uma primeira demão, como muitas vezes é considerado necessário em revestimentos com poliamida em pó, torna-se aqui supérflua.

Como poliamida (PA) é utilizada, de preferência, PA 1012, PA 11, PA 12 e PA 1212. Prefere-se nomeadamente PA 12 com uma viscosidade relativa em m-cresol (determinada segundo as condições descritas na DIN 53 727) de 1.4 até 2.0, de preferência de 1.5 até 1.7. A poliamida é utilizada em pó. Os grânulos podem ter um diâmetro até 200 jjm. A poliamida pode conter, eventualmente, aditivos como, por exemplo, catalisadores, estabili- - 6 - zadores ou pigmentos. Os métodos para a obtenção de poliamidas apropriadas são conhecidos (R. Vieweg/A. Muller, Manual de Materiais Sintéticos, vol. 6 - Poliamida, C. Hanser Verlag Munique 1966, pág. 187; D.E. Floyd, Polyamide Resins, 2â. edição, Chapman Hall Nova York/Londres 1966, pág. 55). A obtenção de poliamidas em pó para revestimentos é descrita, por exemplo, nas Patentes Alemãs DE-OSS 35 10 687, 35 10 688, 35 10 689, 35 10 690 e 35 10 691 (correspondentes às Patentes Europeias EP-0SS 0 202 393, 0 199 000, 0 200 853, 0 200 852 e 0 202 389).

As combinações de borracha utilizadas contêm: - 100 J - 10 até 300 - 1 até 10 - 0,5 até 4 - 0 até 150 partes em peso de uma borracha que contém grupos carboxilo ou grupos ani-drido, respectivamente partes em peso de materiais de enchimento partes em peso de agentes de vulcanização peróxidos partes em peso de activadores de vulcanização e partes em peso de plastificantes A borracha utilizada também pode ser uma mistura de vários tipos apropriados. São utilizadas, de preferência, borrachas EP(D)M e NBR. - 7 - A borracha EPM é obtida pela forma conhecida através da polimerização de uma mistura de 25 até 75¾ de etileno e 75 até 25¾ de propileno na presença de um catalisador Ziegler-Natta.

Em análogo é obtida a borracha EPDM através da polimerização de uma mistura de mais de 25¾ de etileno mais de 25% de propileno e 1 até 10%, nomeadamente 1 até 3%, de um dieno.

Este dieno não deve estar conjugado. Dá-se a preferência a bi-heptadieno (2.2.1), hexadieno-1.4, pentadieno e, nomeadamente, 5-norborneno de etilideno. A carboxilação das borrachas EP(D)M é feita, por exemplo, pela forma conhecida através da combinação de ácidos insaturados ou derivados de ácidos, respectivamente, como ácido maleico ou anidrido de ácido maleico (MSA), eventuálmente na presença de um iniciador radical. Por exemplo na US-PS 4 010 223 são indicados métodos de obtenção apropriados.

Tais borrachas EPM carboxiladas são fabricadas, por exemplo, pela Firma EXXON sob a designação EXXELOR*^ VA 1803. Como borracha EPDM apropriada

D manifestou-se, por exemplo, a BUNA AP modificada pelo anidrido do ácido maleico (designação de produto: "VESTAMID X 4496") Bunawerken Híils GmbH, D-4370 Marl. - 8 -

As borrachas de nitrilo (NBR) são obtidas, como é do conhecimento geral, através da copolimerização de 50 até 80¾ em peso de butadieno e, correspondentemente, 50 até 20% em peso de acrilnitrilo. As borrachas de nitrilo que contêm grupos carboxilo constituem uma modificação fora do normal. Trata-se aqui de polímeros mistos de butadieno, acrilnitrilo e ácido acrílico, ácido metacrílico ou sórbico.

Os vulcanizados destas misturas distinguem-se por uma alta resistência à tracção, boa elasticidade e muito boa resistência ao desgaste. A resistência a óleos e solventes, uma característica das borrachas de nitrilo, não sofre alterações.

As borrachas NBR carboxiladas apropriadas são fabricadas, por exemplo, pela GOODYEAR TIRE & RUBBER COMPANY, Akron, Ohio, E.U.A., sob a designação CHEMIGUM^ NX 775, ou pela BF GOODRICH, NV, Arnheim, Países Baixos,

D sob o nome comercial HYCAR 1472.

Como aditivos são apropriados todos os materiais de enchimento habituais para borrachas EP(D)M e NBR como, por exemplo, negro-de-fumo, ácido silícico, silicatos e carbonatos de cálcio, bem como óxido de zinco e ácido esteárico.

Plastificantes apropriados são, nomeadamente, óleos minerais ou plastifi-cantes sintéticos como ésteres e éteres. Tratando-se de borracha EP(D)M, são utilizados, de preferência, óleos minerais, nomeadamente óleos nafté-nicos. A quantidade do plastificante pode ir até 150 partes em peso, de preferência até 50 partes em peso, referido a 100 partes em peso de borracha.

Agentes de vulcanização peróxidos apropriados são os que os profissionais conhecem como, por exemplo, 2,5-dimetil-2,5-bis(terc.-butilperoxi)hexano, dicumil-peróxido, 4,4-di-terc.-butilperoxi-n-butilvalerato, 1,1-di-terc.--butilperoxi-3.3.5-trimetil-ciclohexano e bis(terc.-butilperoxi-isopro-pilo)benzol. Os pormenores referentes à utilização de agentes de vulcanização peróxidos podem ser vistos na brochura da Firma Akzo-Chemie "Rubbery Chemical-Crosslinking-Peroxides" (data de publicação: Abril de 1985).

Como activadores de vulcanização são apropriados, por exemplo, trialil-cianurato (TAC) e acrilatos como o dimetacrilato de etilenoglicol (EDMA) e o trimetacrilato de trimetilolpropano (TRIM). De preferência, são utilizados o TAC e/ou o EDMA.

As peças compostas são fabricadas através da vulcanização das mencionadas borrachas e em contacto directo, de preferência, sob pressão, com os metais revestidos com poliamida. As condições de vulcanização são, de uma maneira geral, idênticas às condições aplicadas na utilização de agentes adesivos convencionais. De preferência, a vulcanização é efec-tuada a temperaturas entre 140 e 200SC de 2 a 30 minutos e, nomeadamente, a temperaturas entre 150 e 180SC de 5 a 10 minutos.

Peças compostas de metais e borracha típicas são, por exemplo, cilindros, - 10 - empanques, flanges, pára-choques, elementos de mola, amortecedores de vibrações revestidos com borracha, perfis de borracha, discos de embraiagem e de travão reforçados com metal. Uma das principais vantagens de tais elementos de construção é a sua resistência a meios corrosivos, nomeadamente sais corrosivos. A invenção é explicada pelos exemplos seguintes. São utilizadas as seguintes substâncias:

D - EXXELOR VA 1803 é uma borracha EPM modificada pelo anidrido do ãcido maleico da Firma Exxon Chemicals, Wilmington, Delaware, E.U.A. As propriedades do produto são focadas na Informação Técnica "EXXELOR VA" de 01/03/1988. - ZnO pode ser adquirido sob a designação "Zinkweiss Rotsiegel" da Firma Grillo-Werke AG, D-3380 Goslar.

D - VULKASIL C é um ácido silícico altamente activo que pode ser adquirido na Bayer AG, D-5090 Leverkusen.

D - CIRC0S0L 4240 é um óleo mineral predominantemente nafténico da Firma Sun Oil, Antuérpia (Bélgica).

D - VULCAN0X HS é um agente de protecção contra o envelhecimento da Bayer AG, D-5090 Leverkusen. Trata-se de 2,2,4-trimetil-1,2-dihidroquinolina. - PERKADOXR 14/40 e PERKADOXR BC 40 são peróxidos da Firma Akzo-Chemie, 3800 AZ-Amersfoort, Países Baixos. - TAC (trialilcianurato) e EDMA (dimetacrilato de etilenoglicol) são produtos da Firma Degussa, D-6450 Hanau. - CHEMIGUM NX 775 é uma borracha NBR contendo grupos carboxilo da Firma Goodyear Tire & Rubber, Akron, Ohio, E.U.A. As propriedades do produto

D são apresentadas na Informação sobre o Produto "CHEMIGUM NX 775", de Novembro de 1987. EXEMPLO 1 (com uma borracha EPM carboxilada)

Uma chapa de aço com uma espessura de 1 mm é aquecida durante 10 minutos numa estufa de aquecimento a uma temperatura de 400SC e submergida durante 10 segundos num leito fluidificado, cheio com pó de revestimento

R que pode ser adquirido sob o nome comercial VEST0SINT 1101 branco. A chapa de aço revestida ê deixada a arrefecer. A chapa de aço revestida com poliamida é posta numa armação distanciada com uma espessura de 4 mm, um terço da chapa é coberta com uma folha de teflon, a fim de evitar uma adesão neste sítio, a chapa e a folha de separação são revestidas com uma película de EXXEL0RR VA 1803 100 partes

ZnO 5 partes VULCASILR C 60 partes - 12 - - 12 - 40 partes 2 partes 7,5 partes 3 partes

CIRCOSOLR 4240 VULKAN0XR HS PERKAD0XR 14/40 TAC e a composição é comprimida durante 20 minutos a 1709C e a 200 bar. Após este tratamento o metal e a borracha podem ser separados um do outro apenas por uma fractura coesiva na borracha. EXEMPLO 2 (com uma borracha NBR carboxilada) 0 processo é igual ao do utilizado no Exemplo 1, mas é utilizada uma outra mistura de borracha: CHEMIGUfT NX 775 100 partes ácido esteárico 1 parte VULKASILR c 40 partes PERKAD0XR BC 40 3 partes activador EDMA 0,5 partes

Também neste corpo composto, a borracha e o metal, podem ser separados um do outro apenas por uma fractura de coesão na borracha.

Claims (2)

1. - 13 - REIVINDICAÇÕES

   12.- Peças compostas de metal e borracha, c a r a c t e r i z a d a s por apresentarem os seguintes componentes: um metal; uma camada de poliamida como agente adesivo, e uma borracha obtida através da vulcanização de uma mistura de borrachas de - 100 partes em peso de uma borracha contendo grupos carboxilo ou anidrido, respectivamente, - 10 até 300 partes em peso de aditivos, - 1 até 10 partes em peso de agentes de vulcanização peróxidos, - 0,5 até 4 partes em peso de activadores de vulcanização, bem como, - 0 até 150 partes em peso de plastificantes. 21 2Peças compostas de metal e borracha, segundo a reivindicação 1, caracterizadas por a poliamida ser escolhida da série PA J 1012, PA 11, PA 12 e PA 1212. 3Ô.- Peças compostas de metal e borracha, segundo a reivindicação 2, caracterizadas por a poliamida ser uma PA 12 com uma viscosidade relativa de 1,4 até 2,0, de preferência, 1,5 até 1,7. 1
2. 2.- Peças compostas de metal e borracha, segundo as reivindicações 1 a 2 3, caracterizadas por a borracha contendo grupos carboxilo ou anidrido, respectivamente, ser uma borracha carboxilada EPM, EPDM e/ou NBR. - 14 - 5S.- Processo para o fabrico de peças compostas de metal e borracha, segundo as reivindicações 1 a 4, caracterizado por, primeiramente, a parte metálica ser revestida com uma poliamida e, em seguida, se proceder à vulcanização da mistura de borrachas em contacto directo com o metal revestido com a poliamida. LISBOA, 9 de OUTUBRO de 1990 J