ASTM D395 e D573: compression set e envelhecimento

Resposta rápida: a ASTM D395 mede o compression set (deformação permanente, em %; quanto menor, melhor). A ASTM D573 envelhece a borracha em estufa e mede a variação de tração, alongamento e dureza.

Uma vedação veda porque está comprimida e empurra de volta contra as superfícies. Com o tempo e o calor, a borracha "acomoda": parte da compressão vira deformação permanente e a força de retorno cai. Quando cai demais, aparece o vazamento de água, de ar ou de fluido. O compression set e o envelhecimento em estufa são os dois ensaios que quantificam esse processo em laboratório, e por isso estão em quase toda especificação de peça de elastômero.

ASTM D395: o que é compression set

O ensaio comprime um corpo de prova de borracha, mantém a compressão por um tempo e uma temperatura definidos, libera e mede quanto da espessura original não voltou.

A norma tem dois métodos principais:

• Método A — força constante: o corpo de prova é comprimido sob uma carga definida.
• Método B — deflexão constante: o corpo de prova é comprimido entre placas, com espaçadores que fixam a altura comprimida. É o método que a norma manda usar quando a especificação não define outro, e não se aplica a borrachas muito duras (acima de 90 IRHD).

No método B, o procedimento é:

1. Medir a espessura inicial do corpo de prova.
2. Comprimir entre placas paralelas até a altura dos espaçadores.
3. Levar o conjunto à estufa (ou a outra condição definida) pelo tempo especificado.
4. Retirar, liberar a compressão e deixar o corpo de prova recuperar por 30 minutos, em temperatura de laboratório.
5. Medir a espessura final e calcular o compression set como porcentagem da deflexão aplicada que não foi recuperada.

No método B, 0% significa recuperação total e 100% significa que a borracha ficou exatamente na altura em que foi comprimida. No método A, o resultado é calculado sobre a espessura original, e por isso os números dos dois métodos não se comparam. Uma especificação típica traz um máximo em %, junto com o tempo e a temperatura do ensaio, que dependem da aplicação e da classe de temperatura do composto.

ASTM D573: envelhecimento em estufa de ar

A D573 é o envelhecimento térmico de borrachas em estufa com circulação de ar, em temperatura e tempo especificados. O ensaio em si é simples; o que importa é o que se mede antes e depois:

A especificação traz os limites de variação: por exemplo, variação máxima de dureza em pontos Shore, perda máxima de tração e de alongamento em %. Um composto que perde muito alongamento está ficando quebradiço; um que endurece muito perde a capacidade de vedar.

Como os dois ensaios entram na validação da peça

A Labmor trabalha com validação de produto pronto. Compression set e envelhecimento chegam ao laboratório dentro do plano de validação de uma vedação, junta, coxim, bucha ou protetor, e o corpo de prova sai de um destes caminhos:

• Cortado da própria peça, quando ela tem espessura e área suficientes (juntas planas, tampas, batentes).
• Placa ou botão do mesmo composto, vulcanizado nas condições do processo, quando a geometria não permite. Para o compression set, a norma prevê corpos de prova cilíndricos em dois tamanhos padronizados e admite empilhar discos, com a ressalva de que o resultado pode diferir do corpo de prova maciço.
• A peça inteira ou um segmento dela, quando a especificação do cliente ou da montadora define o ensaio na peça (por exemplo, um trecho de perfil de vedação comprimido no dispositivo). Nesse caso o dispositivo de compressão é definido junto com o cliente.

O relatório deixa claro de onde veio a amostra, porque o resultado de placa e o de peça não são a mesma coisa.

Calor também no componente montado

Os ensaios de material respondem "o composto envelhece bem?". O componente montado responde "a vedação continua vedando?". Por isso, em muitos planos, o compression set e a D573 vêm junto com envelhecimento térmico da peça inteira em câmara, seguido de ensaio funcional (estanqueidade, força de inserção, ruído). Veja os ensaios climáticos de altas temperaturas e os ensaios de pressão e estanqueidade.

Erros comuns

• Especificar "compression set" sem método, tempo e temperatura.
• Medir a espessura final antes do tempo de recuperação da norma (ou muito depois).
• Comparar resultado de corpo de prova empilhado com resultado de corpo de prova maciço.
• Envelhecer na D573 e não medir as propriedades antes, o que impede calcular a variação.
• Envelhecer compostos diferentes juntos na mesma estufa, quando a norma recomenda separá-los para evitar migração de componentes voláteis entre eles.

Experiência da Labmor

A Labmor realiza compression set pela ASTM D395 desde 2015 e envelhecimento em estufa pela ASTM D573 também desde 2015, quase sempre dentro de especificações de peças de borracha. Desde 2013, a Labmor soma mais de 180 projetos com borrachas, vedações e juntas, em que tração, dureza, rasgo, envelhecimento e resistência a fluidos são os ensaios mais pedidos. A lista de ensaios mecânicos está em Tração e Compressão.