Compreender a dureza da costa: um guia para o moldagem excessiva de silicone e TPE

No cenário contemporâneo de design e fabricação de produtos, a interface entre o usuário e a máquina transcendeu a mera funcionalidade para se tornar um elemento definidor da identidade da marca e da experiência do usuário. Essa evolução se manifesta mais visivelmente na ampla adoção de superfícies de "toque suave" — interfaces ergonômicas e táteis que comunicam qualidade, segurança e conforto. No cerne dessa revolução manufatureira está o processo de sobremoldagem, uma técnica sofisticada de moldagem por injeção em que um material elastomérico macio é quimicamente ou mecanicamente ligado a um substrato rígido. Seja a pega amortecedora de vibrações de uma ferramenta elétrica, a vedação biocompatível de um dispositivo médico ou a junta à prova d'água de um eletrônico de consumo, o sucesso desses componentes depende de uma compreensão precisa da dureza do material.

Para fabricantes e engenheiros, particularmente aqueles que aproveitam as capacidades de líderes da indústria como a HYM Plastic, a métrica de "Dureza Shore" serve como a linguagem comum que traduz desejos táteis subjetivos em especificações de engenharia objetivas.¹ No entanto, a dureza Shore é muito mais do que um simples número estampado em uma ficha técnica do material; é uma propriedade viscoelástica complexa que dita os parâmetros de processamento, a resistência ao desgaste, a eficácia da vedação e a mecânica fundamental da adesão.

Este relatório abrangente fornece uma análise exaustiva da dureza Shore no contexto da moldagem por injeção de borracha e sobremoldagem de silicone. Baseando-se nas competências técnicas da fábrica da HYM Plastic em Xiamen — que se especializa em moldagem multimaterial de alta precisão — vamos dissecar a física da indentação, as distinções reológicas entre Elastômeros Termoplásticos (TPE) e Borracha de Silicone Líquida (LSR) e as diretrizes de design intrincadas necessárias para obter ligações robustas e livres de delaminação. Ao sintetizar a ciência teórica de polímeros com as realidades práticas da oficina, este guia visa capacitar os engenheiros a otimizar seus projetos para a fabricabilidade, garantindo que o produto final atenda às exigências rigorosas das aplicações automotivas, médicas e industriais.

Para utilizar efetivamente a dureza Shore TPE no design, é preciso primeiro entender a física subjacente de como a dureza é definida e medida em materiais poliméricos. Ao contrário dos metais, onde a dureza é frequentemente um preditor estático da resistência à tração e da resistência a arranhões, a dureza dos elastômeros é uma resposta dinâmica e dependente do tempo à tensão aplicada.

Polímeros, incluindo os TPEs e silicones usados na moldagem de toque suave, exibem comportamento viscoelástico. Isso significa que possuem características tanto de líquidos viscosos quanto de sólidos elásticos. Quando uma força é aplicada a um elastômero, as cadeias poliméricas se desenrolam e se esticam (resposta elástica), mas também deslizam umas sobre as outras (fluxo viscoso). Essa dualidade cria um fenômeno conhecido como "creep" ou relaxamento da tensão.

Quando um indentador do durômetro é pressionado em uma amostra de borracha, o material inicialmente resiste com uma certa força. No entanto, se a força for mantida, as cadeias poliméricas se reorganizam lentamente para acomodar a tensão, fazendo com que a leitura diminua com o tempo. É por isso que as normas ASTM D2240 e ISO 868 especificam tempos de permanência precisos para as leituras.³ Uma leitura feita instantaneamente pode ser "Shore 60A", enquanto uma leitura feita após uma permanência de 15 segundos pode cair para "Shore 55A". Para engenheiros que especificam materiais para aplicações de vedação, a compreensão desse relaxamento é fundamental; uma vedação que relaxa demais com o tempo perderá sua compressão permanente e não conseguirá impedir a entrada de fluidos.

O amplo espectro de rigidez polimérica — variando da maciez gelatinosa de uma palmilha de sapato à rigidez estrutural de um capacete — não pode ser medido com precisão por uma única escala. O sistema de dureza Shore, portanto, emprega várias escalas, cada uma utilizando uma geometria de indentador e força de mola específicas para atingir uma faixa distinta de materiais.

A escala Shore A é a ferramenta principal da indústria de moldagem por injeção de borracha. Ele foi projetado para medir elastômeros macios a semirrígidos, cobrindo a grande maioria das aplicações de sobremoldagem de TPE e silicone.⁵

• Geometria do Indentador: O durômetro Shore A usa um cone truncado com um ângulo de 35° e um diâmetro de ponta plana de 0,79 mm.³ Essa ponta romba impede que o indentador perfure materiais macios, permitindo que ele meça a resistência à deformação por compressão em vez da resistência à perfuração.

• Força da Mola: O dispositivo aplica uma força de aproximadamente 8,06 Newtons (822 g).⁵

• Faixa de Aplicação: Esta escala é apropriada para materiais que variam de elásticos macios (Shore 20A) a bandas de rodagem de pneus automotivos (Shore 60A) e rodas de skate duras (Shore 90A).⁷ No contexto da produção da HYM Plastic, Shore A é a métrica primária para especificar pegas de toque suave em dispositivos portáteis e vedações flexíveis em montagens médicas.⁹

À medida que os materiais se tornam mais duros, o indentador rombo Shore A não penetra mais o suficiente para fornecer uma resolução legível. A escala Shore D é introduzida para esses plásticos mais duros, semirrígidos a rígidos, como os substratos de Polipropileno (PP) ou ABS frequentemente usados como camada base na sobremoldagem.⁵

• Geometria do Indentador: O indentador Shore D é uma ponta afiada, um cone de 30° com um raio de ponta puramente esférico de apenas 0,1 mm.³ Essa nitidez permite que ele concentre a tensão e penetre em termoplásticos rígidos.

• Força da Mola: Para superar o módulo de plásticos rígidos, o durômetro Shore D aplica uma força significativamente maior de aproximadamente 44,5 Newtons (4536 g).⁵

• Faixa de Aplicação: Esta escala mede plásticos estruturais como capacetes, tubos de PVC e as carcaças rígidas de dispositivos eletrônicos.¹¹ Enquanto a pele sobremoldada é geralmente Shore A, o substrato é quase sempre Shore D, e a interação entre essas duas durezas distintas é onde reside o desafio de engenharia.

Na extremidade oposta do espectro estão géis, espumas e borrachas celulares ultramacios. Esses materiais são tão flexíveis que a força da mola de um durômetro Shore A os comprimiria totalmente, produzindo uma leitura inútil de "0". A escala Shore OO utiliza um indentador esférico e uma força de mola muito baixa (~1,11 N) para medir esses materiais delicados.¹¹ Embora menos comuns na sobremoldagem estrutural, os materiais Shore OO são ocasionalmente usados em aplicações especializadas de amortecimento, onde a absorção de choque é a função primária.

Uma fonte frequente de confusão na seleção de materiais é a sobreposição entre as escalas. As escalas não são contínuas; em vez disso, elas representam diferentes interrogações de tensão-deformação do material. Um material que registra como Shore 95A está essencialmente medindo a mesma dureza que um material que registra Shore 45D.¹¹

No entanto, confiar em tabelas de conversão pode ser perigoso para aplicações críticas. O indentador afiado Shore D induz deformação plástica e alta tensão localizada, enquanto o indentador rombo Shore A induz compressão elástica. Para uma especificação de engenharia precisa, particularmente ao lidar com os requisitos de alta precisão de clientes como os da HYM Plastic, a escala deve ser explicitamente declarada. É insuficiente dizer "Dureza 50"; deve-se especificar "Shore 50A" ou "Shore 50D" para evitar erros de fabricação catastróficos.

Tabela 1: Análise Comparativa das Escalas de Dureza Shore

A seleção do material de sobremoldagem é a decisão mais consequente no processo de desenvolvimento do produto. Embora tanto o TPE quanto o Silicone possam ser formulados para atingir valores de dureza Shore idênticos (por exemplo, Shore 40A), suas estruturas químicas, requisitos de processamento e características de desempenho de longo prazo são muito diferentes. A HYM Plastic oferece capacidades em sobremoldagem de silicone e injeção de TPE, permitindo uma avaliação imparcial com base nas necessidades da aplicação.¹

Os TPEs representam uma classe de copolímeros ou misturas físicas de polímeros que combinam as propriedades mecânicas da borracha termofixa com a processabilidade dos termoplásticos. Esse comportamento único é derivado de sua morfologia separada por fases.

Os TPEs normalmente consistem em segmentos "duros" (domínios cristalinos) e segmentos "macios" (domínios amorfos). Os segmentos duros atuam como ligações cruzadas físicas à temperatura ambiente, fornecendo resistência e determinando a dureza Shore. Os segmentos macios fornecem elasticidade e flexibilidade.⁶ Ao ajustar a proporção de segmentos duros para macios durante a polimerização, os fabricantes podem ajustar com precisão a dureza Shore TPE de um Shore 20A semelhante a gel para um Shore 70D rígido.⁶

A principal vantagem do TPE na moldagem por injeção de borracha é sua natureza termoplástica. Ao contrário da borracha termofixa, que passa por uma reação química irreversível (vulcanização), os TPEs simplesmente congelam quando resfriados e derretem quando aquecidos.

• Tempo de Ciclo: Como nenhum tempo de cura é necessário dentro do molde, os ciclos de TPE são geralmente mais rápidos, limitados apenas pela taxa de resfriamento da peça.

• Reciclabilidade: Canais, canais de alimentação e peças defeituosas podem ser retificados e misturados com material virgem, reduzindo significativamente o desperdício de material e o custo — um fator-chave para a produção de alto volume em instalações como a HYM Plastic.¹⁶

• Adesão: Os TPEs estão disponíveis em diversas químicas (estirênicos, olefínicos, uretanos) que podem ser combinadas com o substrato para adesão química natural. Por exemplo, um TPE-S (estirênico) adere naturalmente ao Polipropileno (PP) sem a necessidade de adesivos.¹⁷

LSR é um material termofixo de dois componentes normalmente baseado em uma estrutura de siloxano (átomos alternados de silício e oxigênio). É fornecido como Parte A e Parte B, que são misturadas em uma proporção de 1:1 imediatamente antes da injeção.

A ligação Si-O é significativamente mais forte e mais estável do que a ligação C-C encontrada nos TPEs. Isso dá ao silicone resistência excepcional a temperaturas extremas (-60°C a +250°C), radiação UV, ozônio e ataque químico.¹⁹ Enquanto uma pega de TPE pode amolecer e ficar pegajosa se for deixada no painel do carro no verão, uma pega de LSR permanecerá inalterada.

O LSR passa por hidrossilação catalisada por platina, uma reação de reticulação irreversível. Isso requer que o molde seja aquecido (frequentemente de 150°C a 200°C) para acelerar a cura. Essa diferença fundamental no processamento — um molde quente para LSR versus um molde frio para TPE — requer ferramentas de injeção LSR e máquinas dedicadas, uma capacidade que distingue fabricantes avançados como a HYM Plastic.¹⁴

O LSR é inerentemente inerte e biocompatível, tornando-o o material de escolha para dispositivos médicos e aplicações em contato com alimentos. Ele atende aos rigorosos padrões USP Classe VI e ISO 10993 mais facilmente do que muitas formulações de TPE. A experiência da HYM Plastic em conchas de dispositivos médicos sugere uma forte competência em alavancar essas propriedades para clientes de saúde.¹

Ao escolher entre TPE e LSR para um projeto de moldagem de toque suave, os seguintes fatores devem ser ponderados: