O documento descreve o uso de borrachas sintéticas na indústria de calçados, discutindo os principais tipos usados em solados e sua evolução histórica, desde a borracha natural até os materiais desenvolvidos nas décadas seguintes, como SBR, PVC, PU e EVA. Também apresenta os componentes típicos de uma formulação de borracha sintética para solados e as propriedades desejadas nestes materiais.
Utilização de pet como material alternativo para o concreto não estrutural
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Borracha sintética na
indústria do Calçado
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“ Borracha sintética na
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1 – Resumo
Esta apresentação descreve de uma forma
geral a utilização das borrachas sintéticas no
mercado calçadista. Relaciona vantagens e
limitações quanto a utilização dos principais
tipos, especificamente aplicados em solados,
e a sua influência no aspecto mercadológico.
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2 – Fabricação de um Calçado
O calçado é constituído de várias partes que
podem ser resumidas a partir das seguintes
definições básicas :
1 – O contraforte traseiro segura o pé firmemente e controla o movimento lateral.
2 – O solado, como principais características, deve ter alta resistência à abrasão, boa absorção ao impacto, baixo
peso.
3 – A palmilha deve ser confeccionada em material firme, com baixa deformação permanente, leve, com fendas e
orifícios para uma boa ventilação. É necessário ter capacidade de absorção e dessorção do suor ( devolver
facilmente os líquidos absorvidos quando fora do pé ).
4 – A borda ao redor do tornozelo e a lingueta são acolchoados, confeccionadas em espuma de látex que possuem o
máximo apoio e conforto.
5 – O forro do calçado confeccionado em material confortável, absorvendo a umidade do pé produzida ao caminhar.
6 – O cabedal com boa permeabilidade permite ao pé respirar. Pode ser em couro ou materiais sintéticos
alternativos que reúnem as qualidades físico-mecânicas exigidas.
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A fabricação de calçados, envolve uma
quantidade muito grande de materiais desde
o couro até os mais diversos tipos de produtos
tais como tecidos, borrachas, etc. conforme
pode ser visto no quadro a seguir :
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3 - Histórico
Inicialmente na fabricação de solas, o couro curtido ao tanino
era o material mais largamente utilizado e continuou assim
durante muitos anos sendo gradativamente substituído por
materiais sintéticos das mais variadas espécies.
Várias foram as razões que influenciaram a adoção destes
materiais alternativos. O couro curtido, se tornou com o passar
do tempo uma matéria prima mais escassa em função de uma
maior demanda e consequentemente preço mais elevado.
A qualidade das especificações técnicas dos calçados foram se
modificando e se tornando cada vez mais exigentes propiciando
o desenvolvimento de materiais sintéticos que atendessem a
estas especificações.
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O quadro a seguir nos mostra os materiais
disponíveis através do tempo:
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Estes materiais sintéticos têm uma ligação direta com a relação custo / beneficio
na fabricação do calçado principalmente no tocante ao solado. E ainda permitem
ganhos de produtividade na fabricação do calçado, redução do custo do solado no
preço final, aumento da qualidade do sapato uma vez que agrega propriedades
tais como leveza, resistência ao desgaste, à flexão, conforto e liberdade de criação
pelos estilistas, etc.
Nos dias atuais, o couro ainda continua sendo utilizado na confecção de solas para
determinados tipos de calçados sociais, especialmente em calçados masculinos e
femininos, porém o enfoque principal desta apresentação é a utilização de
produtos sintéticos do tipo elastomérico e termoplástico na fabricação de solas.
Sabemos que as solas de borracha natural tipo crepe, foram
introduzidas em 1920. As solas eram cortadas no formato adequado
a partir de lâminas obtidas do elastômero após este ter sido
mastigado e calandrado. Durante muitos anos se utilizou este tipo
de solado sem vulcanizar o que o tornava altamente vulnerável
especialmente quanto a ação dos agentes atmosféricos (oxigênio,
ozônio, umidade etc.).
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Estas solas persistiram durante algum tempo sempre na coloração
amarelada, própria da borracha natural e receberam o nome de
“solado crepe” sendo utilizado preferencialmente em calçado
masculino e em alguns tipos de calçado feminino para uso diário.
Ainda hoje continua existindo esse tipo de sola, obtido dentro deste
mesmo processo, porém em escala bem menor, uma vez que já
existe o chamado “solado tipo crepe” obtido a partir de composto
vulcanizado de borracha sintética SBR.
Nos anos que se seguiram a segunda guerra mundial houve o
desenvolvimento de solados fabricados à base de borracha sintética,
especialmente do tipo estireno butadieno (SBR). Neste grupo estão
incluídos os solados reforçados com resina de alto teor de estireno,
com a dureza e a textura de um solado de couro (os chamados
NEOLITES).
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Posteriormente, mediante a adição de um agente esponjante na
formulação se conseguiu placas e solas com a mesma qualidade
do NEOLITE, porém com peso específico menor e que recebeu o
nome de POROLITE.
Na década de 1960, surgiram os solados à base de PVC (cloreto de
polivinila). Na década de 1970, os solados à base de Borracha
Termoplástica – estireno-butadieno-estireno (SBS) e também os de
Poliuretano (PU) e por volta de 1980 os de etileno-vinil-acetato
(EVA).
A escolha do tipo de polímero dependerá muito de uma série de
fatores tais como a moda imperante no momento, o custo do
solado em relação ao custo do calçado, as especificações
requeridas para o seu uso, a facilidade de processo, a
produtividade, a necessidade do cliente e o mercado potencial.
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4 - Borrachas Sintéticas utilizadas na Indústria
Calçadista
Nos dias atuais, com mercados diversificados, os
calçados são projetados para atender as mais
diversas especificações diretamente relacionadas
as diferentes atividades a que se propõem. Os
seus componentes são feitos para realçar o
desempenho total dos calçados e uma grande
variedade de polímeros está disponível no
mercado para atender aquelas especificações.
Em linhas gerais, os solados são obtidos de
diferentes maneiras de acordo com o processo de
fabricação empregado :
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Para se definir o tipo de solado em determinado calçado, devemos
ter sempre presentes os seguintes itens :
• uso ao qual o calçado é destinado
• condições climáticas onde o calçado será usado
• relação entre o custo do solado e o tipo de calçado no qual será
utilizado
• moda
No geral, um solado para ter um bom desempenho em serviço,
necessita possuir as seguintes propriedades básicas :
• boa adesão na parte superior do calçado
• adequada resistência ao desgaste
• resistência ao fendilhamento
• alto coeficiente de fricção
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Uma sola de borracha não é constituída somente de material
polimérico mas também de uma série de ingredientes que são
incorporados ao composto. Estes produtos poliméricos em
conjunto com os ingredientes nos permitem desenvolver
propriedades no produto final e reduzir de alguma forma o custo.
A seleção e a dosagem destes materiais assim como a adoção de
um processo de mistura adequado, será de fundamental
importância para a obtenção de um composto uniforme e com as
características desejadas .
Para qualquer tipo de formulação se impõe um conhecimento
prévio de cada uma das matérias primas integrantes da fórmula
de modo a se poder dosá-las adequadamente e conseguir com
isto chegar ao produto final dentro dos parâmetros
estabelecidos.
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Relacionando genericamente os materiais que compõem uma formulação de um
composto, podemos citar :
• Elastômero - para conferir propriedades elásticas
• Cargas reforçantes – para melhorar as propriedades físicas
• Cargas inertes - para se conseguir compostos mais econômicos
• Plastificantes – para diminuir a dureza do composto e facilitar a incorporação de
cargas
• Agentes taquificantes – para conferir pegajosidade ao composto
• Auxiliares de processo – para facilitar a processabilidade do composto com economia
de tempo e de energia
• Agentes de proteção – para impedir o desenvolvimento de reações adversas e
indesejáveis impedindo sua deterioração posterior
• Agentes de vulcanização – para permitir a transformação das características plásticas
em elásticas do composto quando submetido a temperatura e pressão adequadas.
• Agentes de expansão – para permitir a expansão do composto através
da liberação de gás quando submetido a temperatura adequada
• Pigmentos e corantes – para permitir a obtenção de produtos com
variadas colorações e tonalidades
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Vamos agora detalhar um pouco mais a escolha do material
polimérico (borracha), aplicado aos calçados, principal escopo deste
trabalho :
Dentro desta família, os principais materiais usados para a fabricação
de solados são as Borrachas quer seja vulcanizada ou termoplástica,
o PVC, o EVA, o PU. O Couro que não pertence a família dos
materiais poliméricos, responde hoje segundo as pesquisas por
menos de 10 % do mercado mundial de solados, porém continua em
lugar de destaque em calçados de alta qualidade.
Na maioria das vezes, a borracha escolhida pelo fabricante de
calçados, principalmente o calçado esportivo, é a Borracha de
Estireno-Butadieno (SBR) . Esta tem grande aceitação em virtude de
seu baixo custo, grande variedade de tipos, grande disponibilidade
no mercado, aceitação de alto nível de carga e boas propriedades
físicas.
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Uma visão geral dos tipos de materiais
poliméricos com suas divisões podem ser
melhor compreendida no quadro a seguir:
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Uma substância na qual é formada
por várias unidades moleculares
individuais (monômeros) interligadas
obtendo assim as chamadas
moléculas gigantes ou
macromoléculas.
Polímeros
Plásticos TermofixosPlástico curado ao calor que alcança dureza e rigidez
até a temperatura de decomposição sem ocorrer a
fusão. Produtos moldados são fabricados através de
reações químicas induzidas pelo calor, que leva a
ligações cruzadas irreversíveis. O grau de ligações
cruzadas em plásticos termofixos é maior do que em
elastômeros. Consequentemente, os produtos de
plásticos termofixos são quebradições e sólidos.
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Termoplásticos Um material plástico que pode ser moldado pela ação do calor e forças
de cisalhamento. O material flui quando se eleva a temperatura acima
do ponto de amolecimento e solidifica com o resfriamento.
O processo é puramente físico, não envolvendo transformações
químicas e nem ligações cruzadas. O processo de moldagem pode ser
repetido reaplicando-se calor. Desta forma distingue-se os
termoplásticos semi-cristalinos (PP, PE, PA) dos amorfos (OS, ABS, PC).
Elastômeros Um material originalmente elastomérico que pode ser reticulado
através da ação do calor. As ligações cruzadas (vulcanização) fornecem
ao material alta elasticidade permanente através de processo químico,
durante o qual as cadeias moleculares se interligam.
Não é possível remoldar o material aplicando-se calor. A maior
característica dos elastômeros são as suas propriedades de
alongamento e resiliência, que são mantidas sob cargas mecânicas e
térmicas de longa duração. Suas propriedades viscoelásticas são
preservadas sob ampla faixa de temperatura.
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Elastômeros Termoplásticos (TPE)
Uma substância na qual as cadeias poliméricas elásticas estão
integradas num material termoplástico. Pode ser trabalhado em
processos puramente físicos em combinação com forças de alto
cisalhamento, a ação de calor e subsequente resfriamento. Embora
não necessite de ligações cruzadas químicas através de processos de
vulcanização que consomem tempo e energia, os TPE´s apresentam
propriedades altamente elásticas graças a sua estrutura molecular
especial. O material pode ser retrabalhado sob aquecimento e forças
de cisalhamento. Entretanto, isto também significa, que o elastômero
termoplástico pode suportar menos cargas dinâmicas e térmicas do
que a borracha. Os TPE´s não reúnem características para substituir a
borracha, mas são materiais interessantes que combinam as
vantagens do processo dos termoplásticos com as características dos
elastômeros.
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Portanto, é importante saber distinguir as vantagens / limitações destes polímeros para
se fazer uma escolha adequada de modo a atender as especificações exigidas. A seguir
alguns exemplos destes materiais poliméricos quanto as suas vantagens/limitações.
4.1 - Vantagens / Limitações de Polímeros utilizados na Indústria de Calçados:
4.1.1 – Estireno Butadieno (SBR)
Vantagens
excelente processabilidade
• excelente resistência à abrasão
• excelente resistência à flexão
• excelente resistência ao impacto
• boa resiliência
• muito boa tensão de ruptura
• boa resistência à flexão em baixa temperatura
Limitações
baixa resistência ao calor, ao ozônio e a luz solar
• muito baixa resistência a óleos, a gasolina e a solventes
hidrocarbônicos
Observações
grande diversificação de tipos
ligeiramente mais resistente ao calor e à flexão comparada a
borracha natural ( NR )
vulcanização com enxofre ( 1,5 – 2,0 phr )
pode substituir total ou parcialmente a NR em muitas
aplicações
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4.1.2 – Polibutadieno (BR)
Vantagens
excelente resiliência (maior que a NR)
excelente resistência à flexão
excelente resistência à flexão à baixa temperatura
excelente resistência à abrasão
confere estabilidade dimensional ao artefato
Limitações
processabilidade limitada
baixa resistência ao calor, ao ozônio e a luz solar
muito baixa resistência a óleos, a gasolina e a solventes hidrocarbônicos
Observações
devido a sua baixa recuperação elástica no estado “não vulcanizado”, é
difícil de processar sozinho. É indicado para misturas com outros
elastômeros
vulcanização com enxofre ( 1,4 –2,0 phr )
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4.1.3 – Nitrílica (NBR)
Vantagens
• excelente resistência a óleos e gasolina
• excelente resistência a fluidos derivados de petróleo
• boa resistência a solventes hidrocarbônicos
• muito boa resistência a álcalis e ácidos
• larga faixa de temperatura de serviço (-65ºF – 300ºF)
Limitações
• baixa resistência ao ozônio, luz solar e ao envelhecimento natural
• baixa resistência a solventes oxigenados
Observações
propriedades variam em função do teor de Acrilonitrila
maior teor de Acrilonitrila :
a ) resistência a óleos / solventes aumenta
b ) resistência à abrasão aumenta
c ) resiliência e flexibilidade a baixa temperatura diminuem
vulcanização com enxofre
a ) compostos com carga de negro de fumo necessitam (1,0–1,75 phr ) de enxofre
b ) compostos com outros tipos de carga necessitam (2,0 – 3,0 phr) de enxofre
- o enxofre deve ser adicionado no inicio da mistura
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4.1.4 – Nitrílica com PVC (NBR - PVC)
Vantagens
• aumento da resistência ao ozônio, luz solar e intempéries em relação a NBR, sem
sacrificar significativamente as propriedades de resistência aos óleos
• boa resistência à chama
• propriedades em geral similares ao Policloropreno (CR)
Limitações
• propriedades de adesão a tecidos e a metal, inferiores ao Policloropreno
• flexibilidade a baixa temperatura é reduzida
Observações
O PVC quando adicionado a borracha Nitrílica, atua como uma carga ativa e tem
um efeito favorável em algumas propriedades do vulcanizado tais como : tensão
de ruptura, módulo de elasticidade, resistência ao rasgo e resistência à abrasão
proporções de PVC mais utilizadas : 30 PVC / 70 NBR e 40 PVC / 60 NBR
vulcanização com enxofre (1,0 – 2,5 phr)
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4.1.5 – Polímero Termoplástico (TR)
Vantagens
boa resistência à tração
boa resistência à abrasão
boa resistência à flexão
alta resiliência
alto coeficiente de fricção
boas propriedades à baixa temperatura
Limitações
não resiste à temperatura
baixa resistência ao ozônio e as intempéries
Observações
• não necessita de vulcanização
• rebarbas (aparas) são reaproveitadas
• responde bem aos distintos ingredientes de
misturas para modificar propriedades.
• fatores que influenciam as propriedades :
• relação butadieno/estireno
• peso molecular
• distribuição de peso molecular
• tamanho dos blocos de estireno
• ramificação (linear ou radial)
• quantidade de óleo de extensão
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4.1.6 – Polímero Reforçante de Borracha (Master de SBR)
Copolímero de Estireno / Butadieno com alto teor de
Estireno para aplicações onde se requer alta dureza e
rigidez.
Vantagens
baixo peso específico
aumento da dureza
aumento da rigidez
melhoria na resistência a tração
melhoria na resistência ao rasgo
melhoria nas características de extrusão e calandragem
melhoria na estabilidade dimensional das esponjas
baixa absorção de água
Limitações:
• baixa resistência ao calor, ao ozônio e a luz
solar e muito baixa resistência a óleos,
gasolina e solventes hidrocarbônicos
Observações
a dureza e a rigidez fornecidas a um
composto através da adição de um
Master de alto teor de estireno, é
devido a resina de estireno e
independem da “porção borracha”. A
porção borracha do Master influi nas
características de vulcanização e nas
propriedades relacionadas ao estado de
vulcanização do composto. Portanto ao
se substituir uma resina de alto teor de
estireno por um Master em uma
formulação, deve-se ajustar o teor de
estireno total da formulação para se
obter as propriedades equivalentes do
composto
vulcanização com enxofre
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Espero que o texto ajude você de alguma
forma.
Agradeço os comentários e me deixa extremamente
contente ver que tenho seguidores.
Isso, aliado aos constantes downloads, eleva meu
compromisso em deixar aqui conteúdo de alto valor.
Caso estejas em apuros, peça ajuda:
cescabrasil@yahoo.com.br. (www.cescabrasil.blogspot.com )
entendo que juntos, o poder de resolução é
maior. Gerson Ceschini