Por que a borracha é usada para isolamento de vibração e choque?

Por que a borracha é usada para isolamento de vibração e choque?

A Cronnos possui ampla experiência em produtos de suporte projetados para gerenciar vibrações, ruídos e choques que podem causar falhas nos sistemas mecânicos. A chave para isolar a vibração é reduzir sua transmissão a um componente ou estrutura de suporte. Em poucas palavras, a borracha de uma montagem age como uma mola com sua própria frequência natural, e essa frequência depende em parte da rigidez da mola. Mas por que a borracha é um material ideal nesse tipo de situação?

A resposta a esta pergunta requer conhecer alguns fatos básicos sobre borrachas naturais e sintéticas. Isso inclui definir o que chamamos de borracha. Podemos defini-la como um material sintético ou natural cujas cadeias longas, enroladas e de alto peso molecular foram cruzadas por certos ingredientes químicos para formar uma rede. Ela é caracterizada pela capacidade de aceitar e recuperar de extrema deformação de 200% ou mais. O termo elastômero inclui borracha natural e os muitos materiais sintéticos que possuem propriedades semelhantes à borracha.

Charles Goodyear descobriu em 1839 que quando a borracha é vulcanizada com enxofre a 120-220 °C, as moléculas de borracha se unen através de átomos de enxofre. Essa reticulação cria a rede molecular que fornece resistência à borracha, elasticidade e outras importantes propriedades mecânicas. Existem vários tipos de vulcanizados que variam de acordo com o tipo de reticulação que ocorre. Vulcanizados com ligações cruzadas carbono-carbono geralmente têm maior resistência à temperatura, enquanto vulcanizados com ligações cruzadas polissulfídicas mais altas são mais fortes.

Além disso, as borrachas usadas para aplicações industriais e de engenharia geralmente são compostas por cargas que afetam as propriedades do vulcanizado. Os enchimentos geralmente consistem em negro de carbono e a formulação usada afeta significativamente as propriedades da borracha, como resistência ao rasgo e à abrasão, módulo, histerese e fluência. Além disso, podem ser adicionados outros produtos químicos que protegem a borracha da luz solar, ozônio e oxigênio.

A capacidade de formular borrachas com propriedades específicas a torna tão versátil e útil em um número quase ilimitado de aplicações. A borracha natural, em particular, é especialmente valiosa como material de mola devido à sua longevidade, resiliência, baixo custo, resistência a uma ampla faixa de temperaturas e capacidade de ligação a metais. A borracha natural é usada em muitas das montagens da Cronnos devido a essas características e sua capacidade de reduzir a transmissão de vibração e ruído em ambientes agressivos. Por exemplo, ele pode resistir ao calor e aos produtos químicos encontrados nos motores de veículos, e sua resistência ao inchaço quando imerso em líquidos significa que também pode suportar com sucesso as condições subaquáticas por muitos anos.

No entanto, mesmo borrachas com propriedades semelhantes podem não executar o mesmo em ambientes idênticos. Por exemplo, uma borracha natural de dureza 50 Shore A fabricada por uma empresa exibirá características diferentes da borracha natural de mesma dureza composta para funcionar corretamente com seus isoladores. De fato, mesmo montagens padrão podem não ser adequadas, e a Cronnos combina elastômeros especiais com taxas e dimensões de mola diferentes quando são necessárias soluções de engenharia personalizada.

Mas quando se pensa em uma mola, uma imagem de um metal enrolado geralmente vem à mente. Nas molas de aço, existe uma relação linear entre a força e a deflexão (pense no movimento para cima e para baixo de uma massa suspensa de uma mola de metal). No entanto, as molas de borracha podem ser projetadas para fornecer rigidez diferente em direções não lineares. As forças de cisalhamento, como o atrito, ocorrem quando dois lados opostos do material experimentam forças em direções opostas. O módulo de cisalhamento descreve como um material responde a esse tipo de tensão e é definido como a razão entre tensão de cisalhamento e tensão de cisalhamento expressa em gigapascais (GPa). Para colocar isso em perspectiva, uma borracha cheia com tensão de 2% pode ter um módulo de cisalhamento de 0,0003 GPa versus 79,9 GPa para aço estrutural. O que esses números nos dizem é que a borracha pode ser esticada muito mais que o aço antes de ser permanentemente deformada.

Outras vantagens importantes da borracha sobre o aço incluem sua facilidade de manuseio e instalação, capacidade de armazenamento de energia e capacidade de converter um pouco de energia em calor quando ele é desviado. A última característica é conhecida como histerese, e é a razão pela qual o calor não se acumula na borracha na medida em que ocorre nos metais. A borracha natural sem cargas exibe muito pouca histerese e, como resultado, fornece dissipação ou amortecimento de energia em um sistema sujeito a forças vibracionais. O argumento é que, diferentemente do aço, a borracha tem alguma capacidade de amortecimento inerente.

A discussão acima deve esclarecer por que a borracha é tão valiosa no isolamento de vibrações. No entanto, apenas fornece alguns pontos-chave sobre um assunto muito complexo. É importante ter em mente que escolher a montada errada pode realmente piorar a vibração do que se não houvesse montada. Recomendamos considerar estratégias de controle de vibração no início do processo de design do produto e consultar um especialista em engenharia ao selecionar materiais e montagens.

Aqui na Cronnos, possuímos condições de engenharia para realizar testes de produtos, materiais e protótipos sob condições reais. Saiba mais sobre as soluções que a Cronnos já é capaz de oferecer hoje para a sua empresa. Para conhecer nosso trabalho em peças técnicas de borracha nos envie uma mensagem.