Tecnologia Polyanswer baseada em fluidos dilatantes aplicada ao calçado de segurança
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Bruno Oliveira
Polyanswer, Pedrouços, Portugal
Aquitex, Pedrouços, Portugal
Igor Ribeiro
Polyanswer, Pedrouços, Portugal
Aquitex, Pedrouços, Portugal
1. Resumo
O calçado de segurança desempenha um papel fundamental na prevenção de acidentes de trabalho, sobretudo em ambientes industriais sujeitos a riscos de impacto e compressão. As soluções convencionais recorrem, maioritariamente, a materiais poliméricos de comportamento mecânico linear, como EVA, PU e TPU, que exigem maior espessura e rigidez para cumprir os requisitos normativos, frequentemente em detrimento do conforto ergonómico. Neste contexto, o presente artigo tem como objetivo analisar a tecnologia Polyanswer®, baseada na incorporação de fluidos dilatantes (shear thickening fluids - STF) em sistemas poliméricos, avaliando os seus fundamentos, metodologia de desenvolvimento, desempenho mecânico e aplicações no calçado de segurança. A metodologia adotada inclui a caracterização de sistemas materiais integrando STF, bem como a análise de ensaios de impacto, realizados de acordo com as normas EN ISO 20344. Os resultados demonstram redução significativa da força transmitida sob impacto, mesmo com menor espessura dos componentes, quando comparados a materiais convencionais. Conclui-se que a tecnologia Polyanswer® apresenta elevado potencial industrial, permitindo a conciliação entre proteção, conforto e durabilidade no desenvolvimento de calçado de segurança.
Palavras-chave: calçado de segurança; fluidos dilatantes; STF; absorção de impacto; EN 20344.
Abstract
Safety footwear plays a fundamental role in preventing occupational accidents, particularly in industrial environments exposed to impact and compression hazards. Conventional solutions generally rely on linear polymeric materials such as EVA, PU and TPU, which require increased thickness and stiffness to meet regulatory requirements, often compromising ergonomic comfort. In this context, this paper aims to analyze Polyanswer® technology, based on the incorporation of shear thickening fluids (STF) into polymeric systems, evaluating its fundamentals, development methodology, mechanical performance and applications in safety footwear. The adopted methodology includes the characterization of STF-integrated material systems and the analysis of impact tests carried out according to EN ISO 20344 standards. The results show a significant reduction in trans- mitted force under impact, even with reduced component thickness, when compared to conventional materials. It is concluded that Polyanswer® technology presents high industrial potential, enabling the combination of protection, comfort and durability in safety footwear development.
Keywords: safety footwear; dilatant fluids; STF; impact absorption; EN 20344
2. Introdução
O calçado de segurança constitui um elemento essencial na prevenção de acidentes de trabalho, especialmente em ambientes industriais caracterizados por riscos de impacto, compressão e queda de objetos. O seu desempenho depende diretamente das soluções materiais e tecnológicas empregues, as quais devem garantirproteção eficaz sem comprometer o conforto e a mobilidade do utilizador.
As abordagens convencionais adotadas pela indústria baseiam-se predominantemente em materiais poliméricos como EVA, PU e TPU. Apesar de eficazes no cumprimento dos requisitos normativos, estes materiais apresentam comportamento mecânico essencialmente linear, exigindo aumento de espessura e rigidez para assegurar níveis adequados de proteção, o que resulta frequentemente em maior peso e fadiga durante o uso prolongado.
Neste contexto, tecnologias baseadas em materiais com comportamento adaptativo surgem como alternativas promissoras. A tecnologia Polyanswer® explora as propriedades reológicas dos fluidos dilatantes integrados em matrizes poliméricas, permitindo uma resposta mecânica diferenciada às solicitações dinâmicas, conciliando proteção e conforto.
Objetivos
O presente trabalho tem como objetivo apresentar os fundamentos da tecnologia Polyanswer®, baseada em fluidos dilatantes, descrever os sistemas materiais e os processos industriais associados, avaliar as suas aplicações no calçado de segurança e discutir o seu potencial industrial, em conformidade com os requisitos da norma EN 20344.
3. Materiais e Métodos
3.1 Fundamentos da tecnologia Polyanswer®
A tecnologia Polyanswer® baseia-se na incorporação de fluidos dilatantes (shear thickening fluids - STF) em matrizes poliméricas. Estes fluidos apresentam comportamento reológico não newtoniano (dilatante), caracterizado pelo aumento temporário da viscosidade quando submetidos a elevadas taxas de deformação, como impactos e compressões súbitas (figura 1). Após a remoção da carga, ocorre a recuperação praticamente total das propriedades iniciais.
3.2 Sistemas materiais e processos industriais
Os sistemas Polyanswer® integram o fluido dilatante em elastómeros, termoplásticos e espumas poliméricas de PU, assegurando distribuição homogénea e estabilidade do material. Os processos industriais incluem moldação por injeção, injeção reativa de PU, compatíveis com linhas produtivas do setor do calçado. Para este trabalho foram testados dois produtos que são aplicados na bota de trabalho para proteção do tornozelo e para proteção do metatarso.
3.3 Ensaios mecânicos
Foram considerados ensaios de impacto, conduzidos segundo o método estabelecidos na norma EN ISO 20344, permitindo avaliar força transmitida, bem como a espessura e dureza.
4. Resultados e Discussão
Os resultados indicam que os sistemas Polyanswer® apresentam redução significativa da força transmitida durante impactos, mesmo com espessuras reduzidas (5mm para proteção de tornozelo e 7mm para proteção do metatarso). Em comparação com materiais convencionais como EVA, PU e TPU, observa-se desempenho superior associado ao comportamento mecânico adaptativo dos fluidos dilatantes.
Enquanto soluções convencionais dependem do aumento de espessura e rigidez para cumprir os requisitos da EN ISO 20344, os sistemas Polyanswer® atingem níveis equivalentes ou superiores de proteção com menor massa e maior flexibilidade. A tabela 1 complementa esta análise ao apresentar uma comparação conceitual da força transmitida sob impacto entre a tecnologia Polyanswer® e materiais convencionais, evidenciando a tendência de menor transmissão de força nos sistemas baseados em fluidos dilatantes, em concordância com os resultados experimentais obtidos para os protetores de tornozelo e metatarso.
4.1 Tabela comparativa com materiais convencionais
A Tabela 1 apresenta uma comparação entre diferentes materiais utilizados em protetores de tornozelo (figura 2), de acordo com o ensaio definido no Item 5.22 da norma EN ISO 20344-1:2021. Observa-se que ma- teriais convencionais como EVA e TPU não atingem o critério de força transmitida ≤ 10 kN nas configurações habitualmente utilizadas, enquanto espumas de PU apenas cumprem o requisito em condições específicas de formulação e espessura elevada. Em contraste, o protetor de tornozelo baseado na tecnologia Polyanswer® apresenta valores de força transmitida significativamente inferiores ao limite normativo, evidenciando elevada eficiência na absorção de impacto.
No ensaio de proteção do metatarso, realizado de acordo com a EN ISO 20344:2021 (Item 5.20), a conformidade é avaliada com base na folga residual medida após o impacto. Para tamanhos de pé 41–42, a norma estabelece um valor mínimo admissível de 40mm. Valores inferiores indicam deformação excessiva do sistema de proteção e potencial contacto com a região do pé, sendo considerados não conformes. Assim, quanto maior a folga residual medida após o impacto, maior a margem de segurança proporcionada pelo protetor do metatarso.
Conforme apresentado na Tabela 2, materiais convencionais como EVA não atingem este valor nas configurações habitualmente utilizadas, enquanto espumas de PU apresentam comportamento limítrofe. Soluções rígidas em TPU ou metálicas cumprem o requisito por restrição estrutural, porém com impacto negativo no conforto. Em contraste, o protetor de metatarso, baseado na tecnologia Polyanswer® apresenta deformação superior ao limite normativo com espessura reduzida, assegurando simultaneamente conformidade normativa e melhor desempenho ergonómico.
5. Conclusões
Os resultados apresentados nas Tabelas deste estudo, Tabela 1 e 2, demonstram de forma consistente a superioridade funcional da tecnologia Polyanswer® face aos materiais convencionais utilizados no calçado de segurança.
Conclui-se que a tecnologia Polyanswer®, baseada em fluidos dilatantes, constitui uma solução tecnica- mente avançada para aplicações em calçado de segurança. A capacidade de reduzir a força transmitida sob impacto com menor espessura e peso permite conciliar proteção, conforto e durabilidade, superando as limitações das soluções convencionais em EVA, PU e TPU. O cumprimento dos requisitos da norma EN ISO 20344 confirma a viabilidade industrial da tecnologia e o seu potencial para o desenvolvimento de equipamentos de proteção individual mais eficientes.
6. Referências Bibliográficas
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