Desenvolvimento de compostos de TPEs expansíveis para aplicações em calçados

Os materiais mais promissores para atender todas essas solicitações são os termoplásticos elastómeros (TPEs). Os TPEs possuem muitas das propriedades físicas das borrachas, como suavidade, flexibilidade e durabilidade. Mas, ao contrário das borrachas convencionais, são processados como termoplásticos. Portanto, podem ser processados usando técnicas convencionais como moldação por injeção e extrusão.

Embora existam no mercado agentes expansores para diminuir o peso das peças, quando estes são incorporados nos polímeros fundidos durante a extrusão ou moldação por injeção, é necessário ter em consideração algumas condições específicas de processamento para obter boas propriedades e aparência superficial aceitável nos produtos finais. Assim, é uma grande vantagem para a indústria de composição adquirir compostos que já incluam os agentes de expansão na sua matriz.

O PIEP – Pólo de Inovação em Engenharia de Polímeros, juntamente com a Componit, apresenta o projeto Compofoam com uma estratégia que servirá como uma prova de conceito para a validação de uma solução para o desenvolvimento de compostos expansíveis de base de TPE, nomeadamente TPU (Poliuretano Termoplástico) e SEBS (Estireno-Etileno-Butileno-Estireno). Para este efeito, foram desenvolvidas formulações poliméricas com a incorporação de agentes expansores químicos (reagem por decomposição térmica libertando, como produtos da reação, gases que se difundem na matriz termoplástica) e agentes expansores físicos (podem ser aplicados diretamente no fundido e posteriormente evaporar para fazer o material expandir).

Estas formulações foram desenvolvidas através de uma extrusora duplo-fuso modular co-rotativa. Diferentes agentes de expansão, como microesferas termoexpansíveis e uma azodicarbonamida, foram selecionados e diferentes configurações de fuso e perfis de temperatura foram avaliados, uma vez que esses parâmetros têm uma influência particular na inibição da expansão dos agentes na fase da extrusão. Assim, o principal foco do projeto foi otimizar as condições de processamento no processo de composição por extrusão, para que, a expansão dos agentes expansores, apenas ocorresse num segundo processo térmico (moldação por injeção).

No processamento por composição por extrusão, um aspeto relevante considerado foi a natureza do agente expansor, mais concretamente a sua compatibilidade com o perfil de temperaturas definido para a matriz polimérica. Nesse sentido, foi desejável que o intervalo de temperaturas projetado na extrusora fosse o adequado, de forma que, a matriz polimérica fundisse o mais rapidamente possível com um índice de mistura distributiva (e tensões de corte associadas) alta o suficiente, nas zonas imediatamente anteriores à entrada do agente expansor. Assim, definiu-se um perfil de temperaturas decrescente, baixando gradualmente até à zona de entrada do agente expansor para evitar a expansão/degradação precoce deste aditivo. Projetou-se também uma configuração de fuso com cinco zonas de mistura distintas constituídas por elementos com ângulos diferentes separados por zonas de transporte.

Após a extrusão destes compostos, a expansão foi testada pelo processo de injeção. Observou-se que, através de SEM (Microscopia Eletrónica de Varrimento), é possível incorporar os agentes de expansão nos TPEs sem que eles expandam no processo de extrusão. Somente no reprocessamento (moldação por injeção) a expansão ocorre.

Os demais resultados experimentais mostraram um bom desempenho mecânico e diminuição de sua densidade (35% para SEBS e 42% para TPU).

Este estudo sugeriu que é possível desenvolver compostos otimizados pelo processo de extrusão (composição) para aplicações em calçado por exemplo, que só expandem durante o processo de moldação por injeção.