MATÉRIA TÉCNICA

ENGENHARIA REVERSA NA INDÚSTRIA DA BORRACHA

Autor: Luis Antonio Tormento

Defi nição para engenharia reversa da enciclopédia livre Wikipédia:

“A engenharia reversa é um processo ou método através do qual se tenta entender por meio de raciocínio deduti vo como um dispositi vo, processo, sistema ou soft ware feito anteriormente, realiza uma tarefa com muito pouco (se houver) uma visão exata de como isso acontece. É essencialmente o processo de abrir ou dissecar um sistema para ver como ele funciona, a fi m de duplicá-lo ou melhorá-lo. Dependendo do sistema em consideração e das tecnologias empregadas, o conhecimento adquirido durante a engenharia reversa pode ajudar a redirecionar objetos obsoletos, fazer análises de segurança ou aprender como algo funciona. Embora o processo seja específi co para o objeto no qual está sendo executado, todos os processos de engenharia reversa consistem em três etapas básicas, a saber: extração de informações, modelagem e revisão. A extração de informações refere-se à práti ca de reunir todas as informações relevantes para a execução da operação. A modelagem refere-se à práti ca de combinar as informações coletadas em um modelo abstrato, que pode ser usado como guia para projetar o novo objeto ou sistema. Revisão refere-se ao teste do modelo para garanti r a validade do resumo escolhido. A engenharia reversa é aplicável nas áreas de engenharia da computação, engenharia mecânica, design, engenharia eletrônica, engenharia de soft ware, engenharia química, engenharia de materiais e biologia de sistemas. Há muitas razões para realizar engenharia reversa em vários campos. A engenharia reversa tem suas origens na análise de hardware para vantagem comercial ou militar.  No entanto, o processo de engenharia reversa, como tal, não se preocupa em criar uma cópia ou alterar o artefato de alguma forma. É apenas uma análise para deduzir característi cas de design de produtos com pouco ou nenhum conhecimento adicional sobre os procedimentos envolvidos em sua produção original. Em alguns casos, o objeti vo do processo de engenharia reversa pode ser simplesmente uma redocumentação de sistemas legados. Mesmo quando o produto de engenharia reversa é de um concorrente, o objeti vo pode não ser copiá-lo, mas para realizar a análise da concorrência. A engenharia reversa também pode ser usada para criar produtos interoperáveis e, apesar de algumas legislações restritas dos Estados Unidos e da União Europeia, a legalidade do uso de técnicas específi cas de engenharia reversa para esse fi m tem sido fortemente contestada nos tribunais em todo o mundo por mais de duas décadas.”

A engenharia reversa no setor de borracha

A engenharia reversa é amplamente pra� cada na indústria da borracha. Os produtos dos concorrentes são analisados ro� neiramente em uma empresa ou por clientes, ins� tutos de pesquisa ou organismos governamentais, seja para se ter uma ideia sobre especifi cações ou para se obter conhecimento sobre composições e criar especifi cações. Existem princípios cien� fi cos por trás da análise e reconstrução. Um dos métodos mais conhecidos e u� lizados é o ASTM D297 – Procedimentos de teste de análise química para produtos de borracha. Os métodos de ensaio descritos em ASTM D297 são u� lizados para realizar uma análise química da borracha, avaliando a composição química em borrachas brutas naturais e sinté� cas. Existem duas categorias de métodos de teste usados: A Parte A consiste em métodos gerais de ensaio para uso na determinação de alguns ou de todos os principais cons� tuintes de um produto de borracha. A Parte B abrange a determinação de polímeros específi cos presentes em um produto de borracha. Os métodos de teste aparecem na seguinte ordem: • Teor de Polímero de Borracha pelo Método Indireto • Determinações e Relatório para o Método Geral • Densidade • Extrair Análise • Análise de Enxofre • Análise de Cargas • Análise de cinzas

Com o decorrer do tempo, o conhecimento sobre polímeros e novas técnicas foram desenvolvidas e hoje os livros ASTM do volume 09 cobrem quase todos os métodos de análise de borracha e assemelhados: a) ASTM Volume 09.01: Borracha, Natural e Sinté� ca — Métodos Gerais de Teste; Negro de carbono b) ASTM Volume 09.02: Produtos de Borracha, Industriais — Especifi cações e Métodos de Teste Relacionados; Juntas; Pneus

Em geral, além das técnicas descritas no ASTM D297, outras técnicas u� lizadas na engenharia reversa de artefatos de borracha são: • Análises químicas • Espectroscopia infravermelha • Análises térmicas

• DSC • DTA • Análise termogravimétrica • DTA • TMA • TLC • GC • GPC • AAS • Espectroscopia de Emissão Atômica • Espectroscopia de Fluorescência Atômica • TEM

Com base nesse conhecimento e da aplicação dos artefatos podemos iniciar nossas análises. Sabemos que em geral um composto de borracha tem em sua composição: • Polímeros; • Carga – geralmente negro de carbono ou sílica ou combinações dos mesmos; • Plas� fi cantes que variam de acordo com o � po de elastômero. Podem ser sinté� cos, naturais ou derivados de petróleo; • An� oxidantes; • Sistema acelerador que pode ser à base de enxofre, peróxidos ou óxidos metálicos.

A seguir, temos uma descrição rápida de componentes que formam mais de 50% de um composto de borracha, outras funções e defi nições podem ser ob� das com os fabricantes das matérias primas ou em pres� giados livros, como o livro Rubber Technology do Sr. Maurice Morton.

Especi cação dos Polímeros

Os polímeros estão especifi cados na norma ASTM D-1418 – 22 – Prá� ca Padrão para Borracha e Lá� ces de Borracha—Nomenclatura. A prá� ca recomendada pela “American Society for Tes� ng and Materials (ASTM)” estabelece símbolos de letras como um sistema de classifi cação geral para borrachas com base na composição química da cadeia polimérica. Fornece um meio para padronização de termos para uso na indústria, comércio e governo. Os símbolos devem aparecer primeiro com o nome do polímero para uso em referências posteriores em qualquer ar� go técnico ou apresentação. “R” é o símbolo da letra para a maioria das borrachas comuns. Esta é a classe atribuída para polímeros com uma cadeia de carbono insaturada (NR, Borracha Natural; IR, Borracha de Poliisopreno) e é prontamente reconhecida até mesmo pelos mais novos compostos. Porém, muitos técnicos não encontram com frequência os polímeros exó� cos das classes Q, T e U e não estão familiarizados com as outras designações. As classes de polímeros representadas pelos símbolos são as seguintes:

R: Borracha com cadeias de carbono insaturadas – borracha natural (NR), borracha de es� reno butadieno (SBR), borracha de polibutadieno (BR), borracha de acrilonitrila butadieno (NBR), borracha de isopreno isobu� leno (IIR) e borracha de policloropreno (CR). M: Borrachas com cadeia saturada do � po polime� leno—copolímero de e� leno propileno (EPM); terpolímero de e� leno, propileno e um dieno (EPDM); poliacrilato (ACM); cloropolie� leno (CM), polie� leno clorossulfonado (CSM); borracha de fl uorocarbono (FKM) etc. N: Borrachas com nitrogênio, mas não oxigênio ou fósforo, na cadeia polimérica — borracha de acrilonitrila butadieno. O: Borrachas com oxigênio na cadeia polimérica—borracha de epicloridrina (CO/ECO). Q: Borrachas com silício e oxigênio na cadeia polimérica—borracha de silicone (MQ) e borracha de fl uorosilicone (FVMQ). T: Borrachas com enxofre na cadeia polimérica—borracha de � okol (OT, EOT). U: Borrachas com carbono, oxigênio e nitrogênio na cadeia polimérica—poliéter de poliuretano (EU) e poliéster de poliuretano (AU).

Cargas ou enchimentos

Os enchimentos são geralmente usados para modifi car as propriedades � sicas de um composto de borracha, além de reduzir o custo. É importante para um fabricante de borracha entender os requisitos reais do produto de borracha. A redução de custo do composto com a introdução de carga não reforçadora resulta em um comprome� mento das propriedades de desempenho exigidas. A o� mização da relação custo-propriedades é muito importante. O enchimento é o segundo material mais importante na indústria da borracha depois da borracha. O uso de carga de reforço geralmente melhora as propriedades � sicas, como módulo e outras propriedades de falha. O enchimento mais comumente usado na indústria da borracha é o negro de fumo. A dose de enchimento em um composto de borracha varia dependendo da aplicação e do requisito funcional correspondente. Um composto � pico de banda de rodagem de

pneu diagonal geralmente contém negro de fumo de reforço de 45 a 50 phr. Para a aplicação da banda de rodagem, um dos requisitos importantes é a durabilidade do pneu. No entanto, no caso de coxins do motor, o produto deve suportar a carga do motor sem deformações. O � po de enchimento u� lizado nesta aplicação deve proporcionar melhor ajuste de compressão do composto de borracha em alta temperatura. Por conseguinte, é necessário um grau adequado de enchimento nesta aplicação. De maneira semelhante, vários requisitos de desempenho são atendidos com uma combinação adequada de polímeros. A maioria das cargas de borracha usadas hoje oferece algum bene� cio funcional que contribui para a processabilidade ou u� lidade do produto de borracha. A borracha de es� reno-butadieno, por exemplo, pra� camente não tem uso comercial como composto não preenchido. As propriedades importantes de um negro de fumo de reforço � pico são o tamanho da par� cula, a área da super� cie da par� cula, a a� vidade da super� cie da par� cula e o formato da par� cula. A a� vidade de super� cie refere-se à compa� bilidade do enchimento com um elastômero específi co e a capacidade de um elastômero aderir ao enchimento. Os enchimentos funcionais ajudam a transferir o estresse aplicado de uma matriz de borracha. Parece razoável que essa transferência de tensão seja melhor se as par� culas forem menores. Maior área de super� cie é exposta para uma determinada concentração de carga. Se essas par� culas forem em forma de agulha, fi brosas ou em forma de placa, elas interceptarão melhor a propagação de tensão através de uma matriz. As propriedades � sicas de um composto são fortemente dependentes da a� vidade superfi cial da carga e da área de super� cie efe� va da carga. O tamanho de par� cula da carga desempenha um papel importante no reforço da carga de uma matriz de borracha. Quanto menor o tamanho da par� cula, maior é o reforço de enchimento. Se o tamanho de par� cula do enchimento for alto em comparação com a distância entre as cadeias do polímero, isso causa uma área de tensão localizada. Isso resultará na ruptura da cadeia de elastômero durante a fl exão ou alongamento. Par� culas de enchimento com diâmetro superior a 10.000 nm (10 μm) geralmente não são adequadas, pois reduzem o desempenho em vez de reforçar. Enchimentos com par� culas entre 1000 e 10.000 nm (1 a 10 μm) são usados como diluentes e não têm efeito signifi ca� vo nas propriedades da borracha. Os enchimentos semi-reforçados variam de 100 a 1000 nm (0,1 a 1 μm). Cargas verdadeiramente reforçadoras, que variam de 10 nm a 100 nm (0,01 a 0,1 μm), podem melhorar signifi ca� vamente as propriedades da borracha.

Função de Enchimento

Uma ou mais das funções abaixo são sa� sfeitas pelo preenchimento: • Para melhorar as caracterís� cas de desgaste e falha de vulcanizados (enchimentos de reforço); • Para fornecer melhor custo/economia de um composto; • Para cuidar das caracterís� cas de processamento de um composto; • Para conferir propriedades especiais como resistência à chama, propriedades elétricas etc; • Para conferir cor a um composto conforme necessário.

As diferenças nos efeitos das cargas são dadas, em princípio, pelo tamanho de suas par� culas, sua forma e a� vidade superfi cial. Existem vários � pos de enchimentos usados em compostos de borracha. As principais cargas u� lizadas na indústria da borracha são o negro de fumo e a sílica. O negro de fumo é principalmente um carbono elementar com par� culas muito fi nas com uma estrutura molecular amorfa.

Negro de Fumo

Os átomos de carbono estão dispostos em planos de camada em negro de fumo. A estrutura da camada é semelhante ao grafi te; no entanto, a disposição da camada no negro de fumo é altamente irregular. Esses arranjos cristalográfi cos irregulares são responsáveis pelo reforço na borracha. A composição do negro de fumo depende principalmente da condição do processo de sua fabricação.

Designação ASTM de Negros de Carbono de Grau de Borracha

• A designação do negro de fumo é feita por uma letra e três dígitos. A letra classifi ca a taxa de cura, o primeiro dígito indica o tamanho � pico de par� cula e os dois úl� mos dígitos são atribuídos arbitrariamente para dis� nguir os pretos dentro de um determinado grupo de par� culas. • As letras usadas para designar a taxa de cura são N e S.

A letra N signifi ca taxa de cura normal e S signifi ca taxa de cura mais lenta. • O primeiro número reconhece o tamanho das par� culas como uma caracterís� ca fundamental do negro de fumo. O padrão de tamanho de par� cula normal para negros de fumo de grau de borracha é dividido arbitrariamente em dez grupos mostrados na

Tabela 1.

• O tamanho de par� cula é expresso em nanômetros. Os grupos não são iguais em tamanho numérico, mas são escolhidos para que os negros agora conhecidos como

SRF, ISAF e HAF não caiam na mesma classifi cação.

Vamos u� lizar a classifi cação de negros de carbono da ASTM (ASTM D1765-10 Standard Classifi ca� on System for Carbon Blacks Used in Rubber Products). Esta norma prevê a u� lização de uma letra (N ou S) e de três dígitos, como descreveremos a seguir:

Primeira letra: N – para velocidade de vulcanização normal (negros de carbono do � po Fornalha); S – para velocidade de vulcanização lenta (negros de carbono do � po Canal).

Tabela 1: Classifi cação ASTM dos negros de carbono.

Grupo Tamanho da partícula, nm Identifi cação Nomenclatura ASTM 0 1-10 -- --

1 11-19 SAF N110

2 20-25 ISAF N220

3 26-30 HAF

N330 4 31-39 FF(EPC,MPC) N440 5 40-48 FEF N550 6 49-60 GPF N660 7 61-100 SRF N770 8 101-200 FT N880 9 201-500 MT N990

Cargas Não Negras

• Sílica • Argila de caulim ou argila da porcelana (silicato de alumínio hidratado) • Mica (silicato de alumínio e potássio) • Talco ou giz francês (silicato de magnésio) • Giz moído • Calcário (carbonato de cálcio) • Dióxido de � tânio • Enchimentos fi brosos como amianto, fi bra de celulose, farinha de madeira etc • Baritas (BaSO4) • Hidróxidos de alumínio

Entre as várias cargas não pretas, a sílica desempenha um papel dominante.

Sílica

• As sílicas são cargas de cor clara altamente a� vas; • Quimicamente estes são feitos de ácidos silícicos; • A sílica pode ser fabricada por dois processos: solução ou processo precipitado dando origem a graus precipitados; e processo pirogênico, que dá origem a grau pirogênico ou pirogênico; • Para o uso da indústria de borracha são usados principalmente os tipos precipitados, pois a sílica pirogênica é muito ativa e cara.

Todas as sílicas precipitadas contêm uma certa quan� dade de umidade desde o momento da fabricação. Este teor de umidade infl uencia consideravelmente as propriedades de processamento e vulcanização dos compostos de borracha.

Observação

Além de descobrir a composição química de um composto de borracha, também devemos inves� gar na engenharia reversa de um artefato: • Sua forma (processo de moldagem e vulcanização) • Sua estrutura de reforço (Plás� cos, tecidos ou metais) • Sua resistência mecânica (tensão de ruptura, alongamento, deformação permanente • Resistência química • Resistência térmica • Etc.

Os volumes ASTM 09.01 e 09.02, juntamente com a classifi cação ASTM D2000, irão auxiliar na descoberta dos componentes e as caracterís� cas de um determinado artefato por Origem/Fabricante e estabelecer uma Classifi cação/Especifi cação para controle da produção/recebimento do mesmo. 

Referências Bibliográ cas

https://engrenarjr.com.br/blog/os-benefi cios-da-engenharia-reversa?gclid=Cj0KCQjwj7CZBhDHARIsAPPWv3d5BY9lpgWVaByMrAvDZ6-uOlPdXVon2ojmK_alNQ2SeELJGe4W9FUaArndEALw_wcB https://eqjunior.com.br/2022/07/05/a-engenharia-reversa-do-seu-dia-a-dia/?gclid=Cj0KCQjwj7CZBhDHARIsAPPWv3fPPMnmUYoU42nHxemn4R2PJDb_K22tlW5IK3gG2UDCc3P2RHd8_iIaAlVQEALw_wcB https://pt.wikipedia.org/wiki/Engenharia_reversa ASTM Volume 09.01: Borracha, Natural e Sintética — Métodos Gerais de Teste; Negro de carbono ASTM Volume 09.02: Produtos de Borracha, Industriais — Especifi cações e Métodos de Teste Relacionados; Juntas; Pneus CRC Press – Reverse Engineering of Rubber Products – Concepts, Techniques and Tools – Saikat Dasgupta, Rabindra Mukhopadhyay, Krishna C. Baranwal, Anil K. Bhowmick Rubber Technology, Maurice Morton. https://www.adityabirla.com/ https://www.cabotcorp.com.br/solutions#products-plus https://central-south-america.evonik.com/pt/products