Por que uma vedação Shore A de 70 ainda pode falhar em serviço?

Em resumo: O Teste da Borracha - Coisas que os compradores de borracha precisam saber

Por que a dureza voltou à agenda da qualidade?

O tema das normas de dureza está sendo discutido novamente este ano, 2026. Recentemente, a norma D1415 foi reaprovada pela ASTM, e a D2240-15 (2021) permanece em vigor. Uma iniciativa de revisão separada para a D2240 foi anunciada até o final do ano passado, com o objetivo de esclarecer os detalhes sobre condicionamento e calibração. Cabe ressaltar que, sem um valor de dureza, um requisito não pode ser totalmente descrito.

Muitos desenhos técnicos exigem uma dureza de 70 +/- 5 Shore A. Essa faixa de valores auxilia no controle de lotes, mas a dureza da borracha não permite identificar o polímero, prever a resistência a fluidos ou comprovar que uma vedação manterá a carga. Os compradores ainda precisam do local do teste, do tipo de amostra e do método instrumental.

O que a leitura de um durômetro realmente lhe diz

Um durômetro Shore pressiona um penetrador contra a superfície sob uma força de mola definida. Menor penetração resulta em um número maior. A norma ASTM D2240 define o resultado como uma medição de controle empírica influenciada pelo módulo de elasticidade e pelo comportamento viscoelástico. Portanto, a dureza Shore A mede a resistência à indentação, e não a pressão de vedação.

A norma ISO 48-4 recomenda a escala A para testes de dureza normal em borracha. Por outro lado, a escala Shore D é utilizada para medir a dureza de materiais mais duros, a Shore A0 é indicada para materiais de dureza relativamente baixa ou celulares, enquanto a Shore AM destina-se a amostras de teste finas.

A seleção de uma escala inadequada pode levar à apresentação de dados de dureza de elastômeros como muito precisos, quando, na verdade, eles respondem a uma pergunta completamente diferente.

Veja bem, dois compostos podem atingir uma dureza Shore A de 70 da mesma maneira, mas reagirão de forma muito diferente ao passarem por um sulco. O material de enchimento, o plastificante, o sistema de cura, o polímero e o pós-processamento, em conjunto, podem afetar o módulo de elasticidade, o relaxamento de tensão, a deformação permanente à compressão e a resposta ao frio. Essas diferenças impactarão o desempenho da vedação de borracha se as medições iniciais forem as mesmas.

Por que os resultados de Shore A e IRHD não são intercambiáveis

A norma ASTM D1415 mede a variação na penetração de uma esfera rígida entre uma força inicial e uma força final maior. Os resultados são expressos em graus internacionais de dureza da borracha (IRHD). A ASTM afirma que as leituras de IRHD e Tipo A podem ser comparáveis ​​em corpos de prova padrão para muitos vulcanizados, mas os métodos não são equivalentes.

O tempo de permanência, a geometria do indentador, a força e o formato da amostra podem diferenciar os resultados. O teste IRHD inclui métodos normais, altos, baixos e micro. A norma ISO 48-2 lista o Método N principalmente para IRHD de 35 a 85 e o Método M para peças mais finas ou menores em uma faixa similar.

Um certificado que mostre 72 em um teste IRHD não deve ser comparado a um resultado de dureza Shore A de 69, sendo interpretado como uma diferença de três pontos. Compare primeiro o padrão, a escala, o condicionamento, a amostra, o tempo de contato e a localização. Somente métodos compatíveis permitem identificar uma tendência útil.

A geometria parcial pode alterar o número

Uma placa plana proporciona ao indentador uma superfície estável. Um anel de vedação apresenta uma coroa estreita e curva, enquanto um lábio fino pode ficar próximo a um inserto rígido. A geometria altera a forma como a carga se distribui pela peça e pode modificar a dureza aparente da borracha.

A norma ISO 48-2 inclui métodos de dureza aparente para superfícies curvas e menciona anéis de vedação. O teste Micro IRHD pode ser adequado para pequenas áreas. Mesmo assim, a leitura de uma peça acabada não deve ser considerada equivalente ao valor da placa padrão, a menos que o plano de inspeção estabeleça essa relação.

Linhas de falha, pontos de injeção, textura, espessura local e inserções próximas podem interferir na leitura. Um desenho deve indicar se a dureza do elastômero é verificada em uma placa de teste, na vedação finalizada ou em ambas, e deve marcar as zonas de medição aceitáveis.

Temperatura e tempo importam mais do que aparentam.

A borracha possui propriedades de elasticidade e relaxamento que ocorrem ao longo do tempo. Leituras rápidas e leituras tardias também podem diferir, pois é necessário tempo para que o relaxamento da amostra ocorra após a remoção da indentação.

A temperatura, obviamente, desempenha um papel importante nas alterações dos resultados. Por exemplo, um componente removido de um caminhão frigorífico pode não apresentar uma leitura comparável à do mesmo componente após o condicionamento em laboratório.

O projeto aberto de revisão da norma D2240 menciona especificamente o esclarecimento do condicionamento. Registre a temperatura da amostra, o tempo de condicionamento, o tempo de permanência e o uso do suporte do instrumento. Um bom teste IRHD requer a mesma disciplina; caso contrário, uma pequena diferença pode ser atribuída ao procedimento e não ao composto.

Antes de restringir a tolerância, certifique-se de que o método seja repetível. Uma faixa estreita de dureza do elastômero pode gerar rejeições falsas quando os operadores utilizam tempos de permanência diferentes ou testam peças sem suporte. Um método estável geralmente melhora o controle do desempenho da vedação de borracha mais do que um limite irrealista.

Uma falha em um anel de vedação da NASA demonstra a limitação de um único número.

Uma avaliação pública da NASA sobre os anéis de vedação das válvulas de controle de fluxo do Ônibus Espacial fornece um exemplo útil. Após uma falha em um teste de vazamento de hélio em 2005, os investigadores examinaram nove anéis de vedação de nitrilo de três orbitadores. Seis dos nove apresentavam rachaduras. O anel com vazamento era o mais severamente danificado.

No quadrante trincado, a dureza Shore A era quase quatro pontos maior do que em outras áreas. A análise mecânica dinâmica revelou um módulo de armazenamento quase 25% menor, enquanto a deformação permanente por compressão estimada foi de 9,5%. Uma única leitura de dureza não foi suficiente para explicar a condição.

De acordo com o relatório, as fissuras radiais foram causadas pelo ataque do ozônio. A substância nitrílica foi desenvolvida para funcionar com fluido hidráulico, mas a válvula, na verdade, tinha um anel de vedação exposto a uma atmosfera seca.

Havia uma folga de até 0,009 polegadas no projeto, que deixava o diâmetro externo exposto a três elementos: ozônio (que geralmente não é um problema), ar sob pressão (o ozônio se forma em contato com ele) e temperatura elevada. Em outras palavras, a falha ocorreu devido à interação do material com o ambiente e a geometria do componente; a dureza da borracha, por si só, foi apenas um entre muitos fatores, e não o principal.

Este caso ilustra a importância de uma avaliação minuciosa das vedações de borracha. A dureza pode indicar um problema localizado, mas um diagnóstico completo pode exigir inspeção visual, deformação permanente por compressão, dados de tração, análise do meio filtrante e avaliação das ranhuras. Valores nominais conhecidos não justificam um ambiente inadequado.

Dureza não é o mesmo que força de vedação.

A vedação estática é eficaz porque, quando um material é comprimido, cria uma força de contato. A dureza é uma das propriedades que influenciam essa força, razão pela qual a dureza Shore A é comumente usada como medida da mesma. No entanto, dois compostos classificados como grau 70 podem resultar em forças diferentes com 20% de compressão devido às suas diferentes curvas de tensão-deformação e taxas de relaxamento.

A mesma discrepância surge com o tempo. Uma formulação pode manter a força útil após exposição ao calor, enquanto outra pode achatar ou relaxar, mesmo que ambas tenham começado com dureza elastomérica semelhante. Portanto, a deformação permanente por compressão, o relaxamento de tensão, o inchamento por fluido, o envelhecimento térmico e a recuperação em baixas temperaturas devem ser considerados, juntamente com a dureza, em um plano de qualificação rigoroso.

O preenchimento do sulco e as tolerâncias também são importantes. Uma vedação mais rígida em um sulco pequeno pode aumentar a força de montagem; uma vedação mais macia em um sulco grande pode apresentar pressão de contato insuficiente. O desempenho da vedação de borracha depende da escolha do composto adequado à compressão, folga, pressão, movimento e acabamento da superfície.

Como redigir um requisito de dureza que os fornecedores possam repetir

Para começar, identifique a norma ou escala relevante, por exemplo, ASTM D2240 Tipo A ou um método ASTM D1415 ou ISO 48 previamente acordado. Mencione o valor alvo, as variações permitidas e o tipo de amostra a ser utilizada.

Por exemplo, uma especificação de 70 +/- 5 não faz sentido se uma das partes realiza um teste de placa de 6 mm e a outra utiliza um pequeno anel de vedação para o teste.

Adicione a temperatura e o tempo de condicionamento, o atraso após a moldagem ou pós-cura, o tempo de permanência, o número de leituras e as zonas de medição aprovadas. Indique se os resultados são valores individuais, uma mediana ou uma média. Para testes IRHD em peças curvas, mencione o método de dureza aparente ou microdureza aplicável, em vez de deixar a escolha a critério do inspetor.

Relacione a dureza da borracha aos testes de aplicação. Retentores de óleo podem necessitar de dados de imersão em fluido, juntas estáticas podem necessitar de testes de deformação permanente por compressão ou relaxamento de tensão, e vedações dinâmicas podem necessitar de verificações de desgaste. Os testes devem refletir o meio, a temperatura, a pressão e o ciclo de trabalho reais.

Manter a produção próxima da amostra aprovada.

Uma vez selecionado um método, a dureza torna-se um indicador de processo confiável. Uma alteração na dureza pode indicar variação na mistura, uso de material incorreto, desvio na cura ou armazenamento inadequado.

Na maioria das vezes, uma tendência de lote fornece informações mais precisas do que uma simples análise dentro de uma ampla faixa de tolerância.

O controle de produção deve manter rastreáveis ​​a identidade do composto, a janela de cura, a origem da amostra, a verificação do instrumento e o método do operador. Quando uma peça acabada não puder ser medida de forma confiável, uma placa de referência moldada do mesmo lote pode auxiliar no controle, enquanto testes periódicos de IRHD (In-Radough Dataing) na peça acabada confirmam que a geometria não ocultou nenhuma alteração.

Como Yida aborda o controle da dureza da vedação

A Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. analisa o desenho considerando o meio, a temperatura, a pressão, o sulco e o ciclo de serviço. A análise separa uma simples meta de dureza Shore A das propriedades que controlam o comportamento em serviço.

Para um novo projeto, a Yida pode definir o método de dureza do elastômero, o tipo de amostra, os pontos de medição e a faixa de aceitação antes da produção em massa. A mesma discussão pode abranger a deformação permanente por compressão, as dimensões, a aparência, a compatibilidade do material e outros testes necessários para a aplicação, em vez de se basear em um único número conveniente.

O registro dos requisitos de materiais e processos ajuda a manter o desempenho da vedação de borracha alinhado com a amostra aprovada. Quando são solicitados testes IRHD ou verificações de peças acabadas, a Yida registra as condições para que relatórios posteriores possam ser comparados com base nos mesmos critérios.

Envie para a Yida o desenho, o meio de aplicação, a faixa de temperatura, a pressão, o tipo de movimento, a quantidade desejada e a especificação atual de dureza da borracha. A Yida poderá avaliar se a dureza Shore A solicitada é viável e identificar as informações adicionais necessárias antes da elaboração da amostra ou da cotação.