Formulação de espuma EVA: matérias-primas e análise de quatro processos

Formulação de espuma EVA: matérias-primas e análise de quatro processos
EVA, copolímero de etileno-acetato de vinila, é um material polimérico. A entressola de EVA é leve e possui boas propriedades físicas, sendo o material mais utilizado em calçados leves para adultos, tênis esportivos e calçados casuais. Hoje, aprenderemos sobre a formulação da espuma de EVA, desde as matérias-primas até os quatro processos envolvidos.

A. Formulação de espuma EVA dessas coisas

A formulação da espuma EVA geralmente consiste nas seguintes matérias-primas: material principal, carga, agente espumante, agente de ponteamento, acelerador de espuma e lubrificante.

O material principal é o EVA ou o PE. Claro que, para melhorar as propriedades físicas do produto, também é possível adicionar outros materiais, como borracha, POE (coelastômero de octeno de polietileno), etc., e até mesmo uma pequena quantidade de TPR (um material que combina propriedades de borracha e termoplástico) para reforçar determinadas propriedades físicas.

O principal indicador do EVA é o teor de VA, sendo que níveis altos ou baixos desse teor influenciam diretamente o desempenho de quase todos os produtos de espuma de EVA. É claro que alguns produtos feitos apenas com PE também podem ser espumados. A escolha do material principal dependerá das necessidades específicas do produto.

Atualmente, utiliza-se carbonato de cálcio ou talco como material de enchimento. Seu uso visa reduzir custos, aumentar a rigidez do produto, entre outras vantagens, além de influenciar a condutividade térmica. Geralmente, o tamanho das partículas é um indicador de qualidade (claro que o teor de água também é um fator importante), por exemplo, 120 mesh, 400 mesh, etc. Em princípio, quanto mais fino, melhor, e, naturalmente, maior será o preço. A quantidade máxima que encontrei em uma receita é de 40 phr (essa quantidade se refere à porcentagem do ingrediente principal).

Agente espumante, geralmente usado na série AC, como o AC-3000H. A série AC de agentes espumantes pertence à categoria de agentes espumantes para altas temperaturas, com temperatura de decomposição superior a 220 graus.

Existem também agentes espumantes de baixa temperatura, como o AD-300, com temperatura de decomposição de 140 graus, e agentes espumantes de temperatura média. Como a diferença de preço não é muito grande e os agentes espumantes de alta temperatura são relativamente estáveis, muitos fabricantes de EVA antigos estão substituindo os antigos por agentes espumantes de alta temperatura, mas também com o uso de dosagem de AC, dependendo do multiplicador específico.

O agente de ponteamento mais utilizado atualmente é o DCP (di-sec-octil ftalato), embora anteriormente também fossem utilizados TAIC, PL400, etc. A meia-vida do DCP é de 1 minuto a 180 graus Celsius e de 10 minutos a 130 graus Celsius, portanto, geralmente, ao trabalhar com o material, a temperatura deve ser controlada abaixo de 120 graus Celsius.

Alguns produtos que requerem odor podem utilizar outro agente de ponte, o BIPB, geralmente usado em conjunto com o TAIC. A dosagem de DCP é de 0.5 a 0.6 Phr para espuma plana e espuma pequena moldada in-mold, e de 0.8 a 1.0 Phr para espuma injetada, mas também existem diferenças no uso.

Existem dois tipos de aceleradores de espuma, o óxido de zinco em pó e o estearato de zinco em pó, que são muito utilizados atualmente. Costumávamos usar os dois juntos aqui, mas agora usamos apenas o óxido de zinco. Um único tipo também pode atingir o efeito desejado, e a estabilidade do produto pode ser melhor. O óxido de zinco reduz a temperatura de decomposição do AC para cerca de 160 graus, o que facilita a produção. Há um consenso de que a quantidade geral de óxido de zinco não deve exceder 0.2 Phr, pois o excesso causará uma contração relativamente grande do produto. Por outro lado, se a quantidade for muito pequena, a velocidade de formação de espuma será muito lenta; portanto, o ideal é que não seja inferior a 1.0 h/mL.

O lubrificante geralmente é o ácido esteárico. Na verdade, ele não tem muita eficácia, serve apenas para permitir que o material em uso não grude na máquina. Não é bom usar em excesso, pois pode reduzir o atrito entre os pontos, comprometendo a maioria das propriedades físicas. Recomenda-se 0.5 Phr.

B. Sobre o Processo

De forma geral, existem quatro processos de fabricação da espuma EVA: espuma plana tradicional de grandes dimensões, espuma de pequenas dimensões moldada, injeção e espuma supercrítica.

1. Processo de injeção

Este processo é a tendência do futuro, um processo que elimina a necessidade de moldagem por injeção, mas com maior precisão. O princípio é semelhante ao da moldagem por injeção na indústria de plásticos, porém, na moldagem por injeção, o molde é aberto imediatamente e a temperatura do molde é diferente. Ou seja, na moldagem por injeção de EVA, a temperatura e o tempo de abertura do molde são ajustados ligeiramente. Atualmente, a maioria dos calçados esportivos mais conhecidos utiliza esse método para a fabricação de seus modelos. Outros métodos, em termos de eficiência, são incomparáveis.

2. Espuma plana grande tradicional

Atualmente, pequenas fábricas geralmente utilizam esse tipo de produto, e o custo das máquinas e equipamentos é relativamente baixo. Esse processo é feito a partir de chapas, que são então transformadas em produtos por meio de processos de estampagem, retificação e outros. As condições de expansão são relativamente fixas: a temperatura varia entre 160 e 170 °C, o tempo é determinado pela espessura do molde, geralmente entre 90 e 110 segundos por milímetro, e a pressão é de 150 kg por centímetro quadrado.

3. Espuma moldada pequena

Este processo é utilizado principalmente em materiais para calçados, especialmente em calçados esportivos, para fabricar a espuma primária da entressola secundária. O material é granulado de acordo com a fórmula, pesado e colocado em um molde aberto, e a espuma emerge com a forma que o calçado adquire.

A dificuldade desse processo reside na simetria do molde e da receita; caso contrário, torna-se difícil controlar simultaneamente a multiplicidade e a dureza. Frequentemente, o tamanho é adequado, mas a dureza é insuficiente, e vice-versa.

As condições de formação de espuma neste processo são mais flexíveis, dependendo da estrutura e formato do produto. Obviamente, o que mais varia é o tempo, e a temperatura não sofre grandes alterações.

Anteriormente, falamos sobre a segunda entressola, e aqui apresentamos a segunda moldagem. O embrião bruto da espuma anterior é removido por lixamento e prensado no molde final, e o produto é formado por aquecimento e resfriamento em duas etapas.

A temperatura de aquecimento mais adequada é entre 125 e 135 graus, com pressão de 50 kg/cm², aquecimento por um determinado período de tempo e posterior resfriamento com água. A segunda entressola é retirada dessa forma. Essa compressão na sola proporciona maior estabilidade e melhores propriedades físicas.

4. Espuma supercrítica

A cadeia molecular do EVA é linear, portanto, no processo de formação de espuma, geralmente é necessário adicionar um agente de reticulação para reter o gás através dessa estrutura. Assim, a formação de espuma supercrítica de EVA exige a resolução do problema de como reter o gás.

De acordo com a literatura de patentes e algumas informações corporativas, o processo de espumação supercrítica de EVA segue basicamente o seguinte caminho: mistura densa após reticulação, granulação, moldagem para obter solados pré-vulcanizados, os solados são colocados no dispositivo de espumação em autoclave, o agente espumante físico é adicionado ao reator e, utilizando o método de redução de pressão, obtém-se o material de espuma microporosa para os solados.

alterações morfológicas do material EVAGranulação – injeção / moldagem por injeção – espuma – solas.

Esse processo de espumação pode ser entendido, de forma simples, como a moldagem de espuma, transformando um agente expansor químico em um agente expansor físico. Após uma rápida operação de alívio de pressão, obtém-se solados de EVA supercríticos. Para que todo o processo seja ecologicamente correto e limpo, o processo de reticulação anterior pode ser substituído por um método de reticulação química, como a reticulação por radiação.

O processo de espumação supercrítica tem se desenvolvido e amadurecido cada vez mais nos últimos dois anos, com equipamentos e tecnologia cada vez mais perfeitos, o que permite regular a formulação e o processo, de modo que seu excelente desempenho e controle de encolhimento e custo sejam fundamentais.