PROCESSAMENTOS DE POLMEROS (Mai 2007)

1. Caractersticas gerais dos polmeros

Vantagens: facilidade de fabricao: fcil moldagem, produo seriada de peas complexas baixa densidade: razovel relao resistncia por peso resistncia corroso: no enferrujam isolantes eltricos isolantes trmicos baixa permeabilidade a vapores transparentes em alguns casos amortecimento: engrenagens plsticas so silenciosas quando em movimento

Desvantagens: baixa resistncia mecnica instabilidade dimensional: empenamento, deformao por fluncia instabilidade trmica: calor facilita deformao e pode chegar combusto deteriorao por luz solar, fungos, ratos odores desagradveis dificuldade de reparao: geralmente mais fcil a substituio de peas custo: apenas viveis em grandes lotes

2. Polimerizao

Formao de grandes molculas a partir de molculas menores (monmeros)

2.1 Polimerizao Aditiva

Juno de monmeros de um mesmo tipo sob condies controladas de presso e temperatura na presena de um catalisador (catalisador no participa como constituinte da molcula formada, apenas facilita a quebra de ligaes qumicas, permitindo a polimerizao).

2.2 Polimerizao por Condensao

Dois tipos de monmeros so utilizados para obteno de polmeros sob condies controladas de presso e temperatura na presena de um catalisador.

H formao do polmero e de produtos secundrio (gua, por exemplo).

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3. Formas das cadeias polimricas

Dependendo dos monmeros utilizados na obteno dos polmeros so formadas cadeias lineares ou ramificadas.

Para alguns casos adiciona-se agentes de cura que fazem com que as cadeias (geralmente ramificadas) passem a formar uma estrutura tridimensional, de maior dimenso, pela ocorrncia de ligaes cruzadas.

4. Termoplsticos e termofixos

Termoplsticos: possuem cadeias polimricas geralmente lineares e so facilmente moldados quando submetidos ao calor. Permitem vrios ciclos de aquecimento, conformao e resfriamento (so reciclveis). Exemplos:

polietileno (PE): recipientes, brinquedos, filmes para embalagens, isolamento de cabos eltricos

polipropileno (PP): similar ao polietileno, temperatura de fuso mais elevada poli cloreto de vinila (PVC): tubos, chapas, mangueiras, cortinas poliestireno (PS): carcaas de aparelhos, brinquedos, isopor (quando expandido) acrlicos: painis, lentes, fibras politetrafluoretileno (PTFE): teflon nilon: fibras

Termofixos: possuem cadeias polimricas com ligaes cruzadas e no se deformam sob calor (reciclagem restrita). Exemplos:

resinas epoxi baquelite: cabos de ferramentas e utenslios, chaves e interruptores eltricos poliuretanos termofixos: colas, espumas elastmeros (quantidade controlada de ligaes cruzadas): borrachas, silicones

5. Aditivos

possvel melhorar algumas caractersticas dos materiais polimricos com a insero de aditivos:

plastificantes: melhoram a moldagem do mateiral, permitem baixas temperaturas de moldagem

cargas ou enchimentos: economia de resina ou modificao de propriedades do polmero (serragem, granulados de termofixos reciclados, fibras)

corantes ou pigmentos: alteram a cor do material (corantes, ao contrrio de pigmentos, apresentam transparncia)

lubrificantes: melhoram a moldagem (atrito com matrizes metlicas reduzido) agentes de cura: desencadeiam a reao de cura dos termofixos agentes de esponjamento: produo de espumas e esponjas retardantes de chama: reduzem risco de combusto agentes anti-estticos: evitam o acmulo de eletricidade esttica

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Perguntas:1. Quais so as vantagens e desvantagens da utilizao de polmeros como material para

fabricao?

2. Qual a relao entre o tipo de cadeia polimrica (linear, ramificada) com a classificao entre polmeros termoplsticos e termofixo?

3. Quais as funes dos aditivos?

4. possvel reciclar material termoplstico? E termofixo?

6. Tipos de polmeros e processamentos

Termofixos so geralmente moldados por compresso quente ou por transferncia. Podem tambm ser laminados ou fundidos.

Termoplsticos so submetidos a moldagem por injeo, extruso, sopro, moldagem por vcuo, tcnicas utilizando espuma e fundio.

Para esses processos o material polimrico de entrada se encontra na forma de granulado, p, pastilhas ou lminas.

7. Extruso

Mesmo princpio da extruso de metais: passagem forada de material por orifcio de matriz que possui a geometria do perfil desejado.

Principal diferena: processamento de termoplsticos. Presses (muito menores que para o processamento de metais) podem ser obtidas com utilizao de parafuso sem fim.

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Granulado ou p entra temperatura ambiente, aquecido e compactado (aumento da densidade de 2 a 4 vezes). O aquecimento obtido pelo uso de aquecedores e pelo prprio atrito no escoamento forado de material.

Para maior compactao o corpo do parafuso sem fim pode ter perfil cnico. O dimetro do barril (ou canho) possui normalmente de 25 a 200 milmetros e a razo entre o comprimento do parafuso e o dimetro do barril varia de 5 a 30.

Com o aumento de temperatura (150 a 200oC) o material fica em estado bastante plstico e facilmente moldado ao passar pelo orifcio da matriz.

Na sada o material extrudado resfriado por jatos de ar. O controle do resfriamento muito importante para garantir perfis com baixo ndice de distoro.

Como a alimentao da mquina contnua possvel a fabricao extrudados bastante longos (tubos, lminas).

Apesar da grande deformao plstica, ocorre tambm deformao elstica na compactao o que causa o inchamento do extrudado aps a sada da matriz. Normalmente o inchamento de 6 a 13% mas pode chegar a 200%.

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Deve-se fazer o orifcio com dimenses reduzidas para compensar o inchamento.Pastilhas e mantas, que so utilizadas como material inicial para outros processamentos de

polmeros, so obtidos por extruso.O prprio extrusor utilizado como equipamento auxiliar nos processos de moldagem por

injeo e moldagem por sopro.Tambm utilizada a extruso para recobrimento de fios eltricos.

8. Moldagem por injeo

Material granulado (termoplstico) aquecido at estado de alta plasticidade (150 a 200oC) e bombeado por cilindros/pistes ou parafuso sem fim para dentro de uma matriz por um canal chamado canal de injeo.

Processo muito parecido com fundio sob presso de metais.Alta produtividade.Podem ser processados tanto termoplsticos como termofixos.Para termoplsticos o molde pode estar numa temperatura relativamente baixa. Aps a

injeo necessrio aguardar o resfriamento da pea para retirada da matriz.Para termofixos o molde deve ser aquecido para facilitar a cura. Aps a injeo necessrio

aguardar a cura do material para, em seguida, fazer a retirada da pea da matriz.

9. Moldagem por sopro

Processamento de termoplsticos utilizado na obteno de peas ocas como garrafas plsticas.

Existem duas formas: sopro direto sopro indireto

No sopro direto a pea inicial inflada at encontrar as paredes da matriz.

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J no sopro indireto, no h matriz. Apenas fixa-se as extremidades da pea inicial.

O sopro indireto possui custo inicial mais baixo (no necessria matriz) mas as peas produzidas no possuem geometria com alto controle dimensional como no sopro direto.

Perguntas:1.Quais as funes do parafuso de uma extrusora de termoplsticos?

2. Como devem ser as dimenses da matriz de extruso comparada com as dimenses desejadas para a pea final?

3. Como feito o recobrimento de fios?

4. Compare os mtodos de sopro (direto e indireto).

10.Moldagem por rotao

Processo de conformao utilizado tanto em termoplsticos como em termofixos em que material em p inserido em molde (composto de duas metades) aquecido que, em seguida, colocado em rotao em relao a dois eixos perpendiculares.

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A rotao faz com que o material, j em estado fundido pelo aquecimento, se espalhe sobre a superfcie do molde e tome sua forma.

Tambm so inseridos agentes de cura no interior do molde quando so processados termofixos.

11. Moldagem por vcuo

Processo semelhante a moldagem por sopro. Diferena: matriz possui a forma interna da pea (no possvel produzir garrafas).

Uma lmina colocada sobre um molde que possui orifcios. Recipiente do molde fechado, lmina aquecida e o ar de dentro do recipiente retirado (atravs dos orifcios). Diferena de presso conforma a pea sobre o molde.

Os orifcios possuem aproximadamente 0,5 milmetros de dimetro para que no haja a formao de marcas sobre a superfcie moldada.

Utilizado na fabricao de peas materia de espessuras finas.

12. Moldagem por compresso quente

Bastante utilizado para processar polmeros termofixos.Material na forma de p, granulado ou de pastilhas colocado no interior de molde

aquecido, molde fechado e submetido alta presso.

Processo possui alguma similaridade com processo de sinterizao de metais.

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13. Moldagem por transferncia

Processo similar ao de moldagem por injeo.Utilizado exclusivamente sobre materiais termofixos.Diferena: material ainda no sofreu cura (mesmo que parcial) aquecido e comprimido

para dentro de uma matriz atravs de um canal de injeo.

Tambm so necessrios pinos de ejeo para retirada da pea da matriz.

Como o material se encontra num estado inicial bastante plstico o preenchimento da matriz mais facilmente alcanado (permitido peas mais complexas que na compresso a quente) e a distribuio de agentes de cura fica mais homognea. Dessa forma as propriedades mecnicas do material da pea tambm fica uniforme.

Dependendo da geometria e do material da pea possvel fazer a retirada antes do trmino da cura para liberao da mquina para uma nova compresso. Nesse caso as peas devem ser mantidas em fornos de cura por tempo variante entre alguns minutos ou vrias horas.

Alta produo a custos mdios, altos.

14. Fundio

Alguns termoplsticos (como o nailon e acrlicos) e alguns termofixos (como o poliuretanos, poliester) podem ser processados por processo similar fundio de aos. Podem ser obtidas formas simples como blocos de material e eixos ou mais complexas como engrenagens.

Baixa produtividade e baixos custos.Num processo variante do processo de fundio insere-se dentro do molde um equipamento

e em seguida realiza-se o preenchimento do molde com o polmero fundido. Obtm-se assim um encapsulamento plstico do equipamento

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Perguntas:1. Por que possvel moldar peas em material termofixo se o esse polmero resiste a

temperaturas elevadas?

2. Quais so as diferenas entre moldagem por transferncia e por extruso?

3. Com qual processo de material polimrico obtido um encapsulamento isolante eltrico?

15. Laminados

15.1 Laminados de alta-presso

Juno de vrias lminas cobertas com resina por aplicao de altas temperaturas e presses.Pode-se obter chapas ou tubos

Lmina polimrica transportada passando por um banho em resina, cortada, empilhada e finalmente compactada.

Pode-se obter tubos com a utilizao de rolos.

15.2 Laminados de baixa-presso

Colocao de vrias lminas (de poliester, por exemplo) sobre molde como de barco.Insere-se fibra de vidro para reforar o material.Juno ocorre na presena de catalisador, calor ou luz do sol.

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16. Plsticos expandidos (esponjas e espumas)

Insero de gases em massas polimricas aquecidas em interior de matrizes seguida de solidificao por resfriamento.

A insero de gases pode ser feita de diversas formas: agitao mecnica do material plstico (prprio ar inserido) expanso por agente formador de espuma (gs proveniente de reao qumica) dissoluo de gs diretamente na massa plstica mistura de material poroso com substncia de ligao

17. Processamento a frio

Alguns tipos de processamento de materiais metlicos como laminao, estiramento ou trefilao e forjamento podem ser aplicados a alguns tipos de polmeros (polipropileno, PVC e outros).

Restrio: os polmeros devem ser bastante dcteis.Vantagens: obtm-se melhora na resistncia mecnica do material (devido ao alinhamento

das cadeias polimricas em uma direo).

18. Vulcanizao

Aumento da resistncia mecnica de elastmeros pelo aumento de ligaes cruzadas.Coloca-se o material eslastmero em contato com substncias a base de enxofre e aumenta-

se sua temperatura.Aplicao tpica: vulcanizao de borrachas de pneusConforme a resistncia mecnica aumentada a capacidade de deformao do elastmero

diminuda.

Perguntas:1. Como so obtidos os plsticos expandidos?

2. Blocos de polmero podem ser trabalhados com processos convencionais utilizados sobre metais?

3. O que acontece com o material ser esse for vulcanizado de maneira muito severa?

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

- Blass, A. - Processamento de Polmeros, 2a ed., Editora da UFSC, 1988- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000- Manrich, S. - Processamento de Termoplsticos, Artliber Editora, 2005

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